燃机曲折型迷宫密封的泄漏特性研究

以F级燃气轮机中曲折型迷宫密封为研究对象,对其内部流场和泄漏特性进行数值模拟,研究密封间隙、压比对迷宫密封泄漏特性的影响。结果表明：在相同密封间隙下,泄漏量随着压比的提高而增加;相同压比下,泄漏量随着密封间隙的减小而减少。基于数值计算结果,对现有迷宫密封泄漏量计算公式进行修正,建立曲折型迷宫密封的泄漏量计算公式。该公式计算结果与CFD数值模拟结果吻合很好,和同类公式相比,能够更为精确地计算该类型密封结构的泄漏量。     

凹槽迷宫密封封严特性的数值研究

采用计算流体动力学软件、RNG k-ε模型、Simple算法和结构化网格,研究不同间隙、压比、转速等工况下密封表面凹槽结构对凹槽迷宫密封三维流场和泄漏流动特性的影响。结果表明:凹槽迷宫密封的凹槽结构可以更加充分地耗散气体的动能,从而有效地阻滞气体流动,减小气体的泄漏;迷宫密封的泄漏量随间隙的增大而增大,但凹槽迷宫密封泄漏量和泄漏量增加率都小于普通迷宫密封;随着压比的增大,凹槽迷宫密封的泄漏量有所增加,但相比于普通迷宫密封,其泄漏量增加的趋势在逐渐减小;随着转速的增加,凹槽迷宫密封更容易在凹槽内形成气旋效应,从而使其封严性能显著提高。     

齿型夹角对迷宫密封性能影响的数值研究

FLUENT软件对相关文献的实验模型进行数值计算,证明了所用计算方法的可靠性。模拟计算了6种不同等腰梯形齿的迷宫流场,并分析其密封机制,探讨了梯形齿夹角的变化对泄漏特性的影响。研究结果表明:当其它结构尺寸一定,随着梯形齿夹角的增大,迷宫密封的泄漏量减小,存在着最佳角度使得泄漏量最小;同一齿型角,在不同压比下,对泄漏系数的影响程度是不同的;不同齿型角,在不同压比下,对泄漏系数的影响程度也是不同的,随压比的增加,影响程度增加,如:齿型角为47°相比齿型角为20°结构,在压比为1.5和3.0时,泄漏系数就分别减小0.804%和1.63%。     

蜂窝密封流动特性的数值研究和泄漏量计算公式的构造

采用标准k-ε紊流模型和三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes方程求解方法,利用商用CFD软件ANSYS CFX数值研究压比、蜂窝芯格直径、深度对蜂窝密封泄漏特性的影响。分析蜂窝密封在6种压比、3种蜂窝芯格直径、3种蜂窝芯格深度、恒定密封间隙和转速下的泄漏特性,研究结果表明:蜂窝密封泄漏量随压比的增加而增大;相同转速、压比和密封间隙下,合适的蜂窝芯格深度与直径能提高蜂窝密封的封严性能;蜂窝芯格深度一定时,蜂窝密封的泄漏量随芯格直径的减小而增大;芯格直径一定时,随蜂窝芯格深度的增大,蜂窝密封泄漏量先减小后增大。在经典迷宫密封泄漏量Egli计算公式的基础上,通过引入有效密封齿数和蜂窝芯格结构系数,构造能够可靠预测蜂窝密封泄漏量的计算公式并进行数值验证。     

考虑齿变形的迷宫密封泄漏特性流固耦合数值研究

为研究非金属热塑性材料的迷宫密封齿变形对密封性能的影响,建立考虑齿变形的迷宫密封泄漏特性瞬态流固耦合数值求解模型,在验证数值求解模型准确性的基础上,分析不同进出口压比下,酚酞聚芳醚酮(PEKC)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚砜酮(PPESKca30)3种材料的迷宫密封力学特性及泄漏特性。研究结果表明:考虑齿变形的密封流场中最后一节齿顶处的压力要低于其相同工况下未考虑齿变形的流体压力,而速度则恰好相反;在不同进出口压比下,密封齿受到气流力作用发生变形,密封径向间隙增大,导致泄漏量增加了6.6%~30%;当进出口压比相同时,材料的弹性模量越大,密封齿变形越小,封严性能越好;研究的3种材料中,PPESKca30的变形量最小,密封泄漏量最少;密封件最大变形量均出现在齿顶位置,且从其齿顶位置向齿根方向逐渐减小;密封件等效应力的最大值均分布在齿根位置,且从其齿顶位置向齿根方向逐渐增大。     

燃气机曲折型迷宫密封的泄漏特性

以F级燃气轮机中曲折型迷宫密封为研究对象,对其内部流场和泄漏特性进行数值模拟,研究密封间隙、压比对迷宫密封泄漏特性的影响。结果表明:在相同密封间隙下,泄漏量随着压比的提高而增加;相同压比下,泄漏量随着密封间隙的减小而减少。基于数值计算结果,对现有迷宫密封泄漏量计算公式进行修正,建立曲折型迷宫密封的泄漏量计算公式。该公式计算结果与CFD数值模拟结果吻合很好,和同类公式相比,能够更为精确地计算该类型密封结构的泄漏量。     

含有凹槽结构迷宫密封泄漏性能的数值研究

针对不同结构迷宫密封泄漏特性的问题,通过采用CFD三维分析的方法,研究了直通式和含有矩形和圆形凹槽的迷宫密封在不同压比,间隙,转速下的三维流场和泄漏特性。研究结果表明:含有凹槽的结构能够显著的加快耗散气体动能,进而提高密封效率,降低迷宫密封泄漏量,其中圆形凹槽比矩形凹槽阻止泄漏量更优;随着间隙增大,迷宫密封泄漏均增大,泄漏量和泄漏增长率依次是圆形优于矩形优于直通式;随着进出口压比的增大,泄漏量增加明显,矩形与圆形凹槽增加趋势相近;随着转速的增大,气体在迷宫密封内的湍动能耗散增大,泄漏量有所降低,凹槽迷宫密封内的涡旋充分耗散,泄漏量降低更多,达到极值后趋于稳定。     

轮毂轴承径向迷宫密封齿型角的数值研究

以轮毂轴承径向直通式迷宫密封结构为研究对象,应用流体力学仿真分析软件研究了不同齿型角的迷宫流场和不同压比下泄漏量随齿型角的变化规律。结果表明:当其他结构尺寸一定时,相同压比下,泄漏量随齿型角的增大先减小后增大,即存在最佳齿型角使得泄漏量最小;当压比增大时,最佳齿型角仍存在,但其值减小。     

考虑闭合效应的刷式密封泄漏特性研究

采用基于非线性Darcian多孔介质模型的Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程的数值方法研究实验测量的零间隙和具有间隙的刷式密封在不同压比和转速下的泄漏特性,提出针对刷式密封闭合效应的间隙修正公式。考虑闭合效应后具有间隙的刷式密封泄漏量的预测结果与实验数据吻合,验证所建立刷式密封闭合效应修正模型的有效性。研究结果表明:刷丝束顶部与转轴间的间隙导致刷丝束内部压力降低且具有较为明显的径向压差,径向压差的存在导致刷丝束产生闭合效应,进而减小了刷式密封的有效密封间隙;闭合效应使得刷式密封有效间隙随着压比升高而减小,数值计算刷式密封泄漏特性时考虑闭合效应可以显著提高预测精度;在相同压比和转速下,具有间隙的刷式密封的泄漏量明显大于零间隙刷式密封的泄漏量;刷式密封的泄漏量随着压比的增大而增大;在所研究的转速范围内转速对刷式密封的泄漏特性的影响有限。     

基于FLUENT的迷宫密封机理研究

针对影响迷宫密封泄漏特性的三个因素:间隙宽度、齿型夹角以及空腔深宽比,计算了不同结构的内部流场,探讨了各因素对泄漏特性的影响,分析了密封机理。结果表明:迷宫密封的泄漏量随间隙的增大而增大,并得到满足泄漏量条件的最大间隙宽度cmax≈0.57mm;在一定深宽比下,存在最佳齿型角度,随着压比的增加,最佳齿型角度的影响加大;空腔深度和空腔宽度之间存在最佳匹配关系,且空腔深宽比不随间隙宽度的变化而变化。     

齿形几何参数对直通篦齿封严泄漏特性的影响

建立不同封严间隙、齿高、齿距、齿宽、齿数等几何参数的直通篦齿模型,通过数值方法分析不同气动参数(进出口落压比)条件下几何参数变化对其泄漏特性的影响。结果表明,流量系数随落压比的增大而增大,随着封严间隙、齿宽的增大而增大,随着齿高、齿距、齿数的增大而减小。5个几何参数中,封严间隙对流量系数的影响最大,其次为齿数、齿距、齿高、齿宽。利用最小二乘法拟合得到流量系数与几何参数及气动参数的准则关系式,拟合公式计算结果与数值模拟结果吻合较好,可用于篦齿的工程设计计算。     

小迷宫密封间隙对离心制冷压缩机性能的影响

为探讨小迷宫密封间隙设计条件下离心制冷压缩机性能变化规律,以离心制冷压缩机为研究对象,通过CFD方法对压缩机叶轮和迷宫密封内的流动进行模拟.研究结果表明:迷宫密封内的流体压力近似呈阶梯状降低;在叶轮入口流量相同时,随密封间隙增大,泄漏量和泄漏损失系数在小流量工况下增大的幅度较大;在同一密封间隙下,随着压缩机叶轮入口流量...     

蜂窝结构对篦齿-蜂窝密封封严性能的影响

为提高压气机级间气路封严密封性能,在传统六边形蜂窝的基础上,改变其结构得到方形蜂窝和圆形蜂窝,数值研究不同间隙、压比和转速下蜂窝结构对篦齿-蜂窝密封封严性能的影响。结果表明:间隙增加时,篦齿密封、六边形蜂窝密封、方形蜂窝密封、圆形蜂窝密封4种密封方式泄漏量均线性增加,但由于蜂窝破坏了流场透气效应,故篦齿-蜂窝密封泄漏量增速最慢,其中圆形蜂窝密封封严效果最好;压比增加时,4种密封方式泄漏量均增加,但篦齿及蜂窝腔室内形成漩涡亦随压比增加而愈发强烈,耗散更多能量,故泄漏量增速逐渐变缓;转子转速增加时,流体环向速度增加,4种密封方式泄漏量均减小,而蜂窝环向切割流体形成漩涡耗散能量,故篦齿-蜂窝密封减小幅度较大。在大间隙高压比高转速的工况下,篦齿-蜂窝衬套结构封严效果更好,其中篦齿-圆形蜂窝密封最具优势。     

间隙宽度对类迷宫密封性能的影响

类迷宫密封由于其结构的特殊性,内部流体流动也有别于迷宫密封。利用FLUENT软件分析密封间隙对类迷宫密封性能的影响,并与传统迷宫密封内部流场进行对比。结果表明：在同等尺寸条件下,类迷宫密封湍流流体流动在槽向上比迷宫密封明显,在研究类迷宫密封时槽向流动不可忽略;间隙宽度对泄漏特性影响较大,随着间隙宽度的增大,流体速度降低,节流效应减弱,泄漏量增大。     

新型矿用排水泵入口段口环密封结构优化研究

以某型号矿用排水泵入口段口环密封为研究对象,采用数值仿真方法,研究排水泵迷宫密封内部流动特征,分析迷宫密封结构尺寸与形状对其泄漏量的影响。结果表明:迷宫的间隙尺寸对密封性能的影响最大,间隙宽度和节流齿宽度的变化将导致泄漏量的大幅变化;相比直齿结构迷宫密封,异形齿结构有利于湍流充分发展,从而可以提高密封性能;通过分析复杂迷宫密封的内部流场,得到适用于排水泵的优化的迷宫密封结构。     

基于瞬态有限元的齿轮箱迷宫密封泄漏研究

针对某高速列车齿轮箱迷宫密封的润滑油泄漏问题,基于ANSA软件建立齿轮箱及迷宫密封结构的有限元模型,并采用FLUENT软件对其进行多相流瞬态仿真分析,研究迷宫密封结构的相对啮合深度、节流齿厚、径向间隙、回油孔直径及个数、齿与台阶距离、齿宽、密封间隙对润滑油泄漏量的影响。结果表明：当相对啮合深度大于0.5时,润滑油泄漏量与相对啮合深度呈负相关;润滑油泄漏量与节流齿厚、回油孔直径、回油孔数量呈负相关;润滑油泄漏量与径向间隙、齿宽、齿与台阶距离、密封间隙呈正相关。根据研究结果对迷宫密封结构进行改进,改进后的迷宫密封结构润滑油泄漏量降低为原始泄漏量的3.6%。     

螺旋槽干气密封静止状态密封性能研究

螺旋槽干气密封因设备故障检修、停车等处于静止状态时,其密封性能相比旋转状态下具有明显的差异性和关联性。研究螺旋槽干气密封在静止时的密封性能。根据螺旋槽窄槽理论,得到螺旋槽干气密封静止时密封端面间气膜压力控制方程,并运用解析法求解,获得端面间气膜压力分布、开启力和泄漏率等密封性能参数。结果表明:随着边界压力或膜厚增大,静态泄漏率逐渐增大,当静态泄漏率达到JB/T11289-2012标准规定的最大静态泄漏率时,端面仍处于接触状态;静止状态下的开启力、槽根处的气膜压力和泄漏率随槽深的增加先增大,在槽深大于一定值后趋于稳定;密封端面间的开启力、泄漏率总体上随台槽宽比的增加而减小,但在台槽比为0~10范围内,开启力和泄漏率的变化不大。     

静子带矩形边界结构迷宫密封泄漏性能的数值研究*

在直通型迷宫密封的基础上对静子边界进行改进,设计矩形凹槽、前置矩形凸起、后置矩形凸起3种矩形结构迷宫密封结构,采用CFD三维分析的方法,研究各迷宫密封在不同压比、转速下的泄漏特性,并分析流场内部轴向压降、速度场、湍动能耗散率及流线等情况,探讨密封的流动机制。研究结果表明:压比对迷宫密封封严性能的影响很大,随着压比的增加,迷宫密封的泄漏量逐渐增大,而转速对迷宫密封封严性能的影响很小;矩形凸起结构具有更低的泄漏量,且其泄漏量随压比的变化更不敏感,能在更宽域的压比范围内稳定的工作,其中前置矩形凸起型结构具有最优的密封效果。在静子上设置矩形结构能破坏气体流动的边界,强化湍流效果,增加湍动能耗散,从而有效降低泄漏量。     

迷宫密封中可压流体流场的数值模拟

应用Fluent软件计算迷宫密封间隙宽度和空腔深度以及直通式迷宫密封和错列式迷宫密封对迷宫密封流场和泄漏量的影响。计算结果与分析表明,间隙宽度对泄漏量的影响体现在通过改变空腔进出口面积来改变泄漏量。所以泄漏量随间隙宽度呈线性变化。在实际运用中,在保证安全的情况下尽量减小间隙宽度;在一定条件下,空腔深度越大,紊流程度下降,泄漏量越大;错列式迷宫密封的泄漏量要明显小于直通式迷宫密封。