迷宫密封动力特性影响因素分析

迷宫密封的存在会引起汽流激振,密封的结构和工况参数对转子动力特性均存在影响。本文综合分析转子转速、入口预旋比、密封间隙、压差等因素对转子动力特性系数的影响,为迷宫密封汽流激振的防治和设计中各参数的最优确定提供参考依据。     

密封动力特性系数试验识别方法及影响因素分析

引入转子动力学双平面平衡理论,将多级密封内的分布气流力等效到气缸两个端面上,建立多级密封动力特性系数识别模型.该模型考虑气缸平动和偏摆混合运动情况,并通过共振的方法放大气流力影响,从而提高识别精度.构建密封动力特性试验台,研究进出口压比、转速、偏心、间隙等因素对密封动力特性系数的影响.试验结果表明,8个刚度阻尼系数随着进出口压比增大有明显增大,且垂直和水平方向存在耦合效应.随转速增大,交叉耦合刚度系数和直接阻尼系数随转速变大趋势明显,而直接刚度系数和交叉阻尼系数变化不很明显.偏心状态下的交叉耦合刚度系数比同心状态下变大,而直接阻尼系数则减小,说明转子在偏心状态下比同心状态下更容易失稳.随密封平均间隙变小,8个动力特性系数绝对值增大.     

基于FLUENT迷宫密封动力特性分析

利用CFD有限元软件Fluent计算迷宫密封三维流场,提出一种计算密封动力特性系数的方法,并研究了偏心率、入口预旋、涡动速度对转子密封动力特性的影响.计算结果表明:入口预旋是产生交叉刚度的主要原因,入口预旋越大交叉刚度越大;主刚度和交叉阻尼与偏心率的关系基本上是线性的,而交叉刚度和主阻尼随偏心率变化呈现明显的非线性.交叉刚度和主阻尼是影响密封转子系统稳定性的重要因素.     

柱面气膜密封动力特性系数的数值计算

针对柱面气膜密封系统动态特性分析问题,应用微扰线性化分布参数法建立密封气膜的微扰动态压力微分方程组,给出柱面气膜密封双自由度微扰下密封气膜的动态刚度和动态阻尼系数的计算方法;建立密封气膜的8个动态刚度、阻尼系数的有限元分析模型,给出有限元数值仿真计算流程和方法;通过算例验证数值计算模型和求解方法的正确性并重点研究可压缩数和平均膜厚对气膜动特性系数的影响.以柱面顺流螺旋槽带坝界面结构为例计算密封气膜各项动特性系数并给出不同条件下的变化规律曲线,气膜的正向刚度系数和正向阻尼系数呈现较为复杂变化状况,交叉刚度系数和交叉阻尼系数呈现轴对称特性.密封气膜动特性系数数值计算为稳定性分析提供了基础,为密封系统设计提供了指导.     

短密封动力学分析及计算

参考文献（１,２）利用紊流整体流动理论,考虑了惯性项的影响,对短密封的动特生系数等进行了详细地推导,并研制出计算程序,对短密封动特性系数进行精确计算。     

迷宫密封齿角对动力特性系数的影响

由两控制体方法建立密封齿角变化时气流激振基本方程式,用摄动法得到密封齿角变化时的动力特性系数。结果表明：必须考虑密封齿角对转子动力特性系数的影响,角度越大,影响越大,尤其是负预旋时更加明显。本研究对于进一步理论研究以及实际密封结构设计有重要的指导意义。     

斯特林机动力活塞间隙密封动态特性仿真分析

在自由活塞斯特林机动力活塞间隙密封中,间隙内的气体泄漏会引起工作腔内压力和气体质量的变化,进而影响斯特林机的工作效率。为研究在压缩循环过程中气体泄漏量对压力的动态影响,建立间隙密封长度不变、间隙密封长度单侧变化和间隙密封长度双侧变化3种不同的间隙密封物理模型,采用时间推进法,分析求解不同形式的密封对泄漏量的影响。结果表明：间隙密封在启动阶段时单向泄漏量最大,随着时间的推进,泄漏量逐渐减小后达到稳定,间隙密封长度不变的模型相较于其他2种模型的单向泄漏量最少。基于间隙密封长度不变的模型,分析气膜厚度、背压、密封长度对泄漏量的影响,对气膜间隙和背压进行优化设计。结果表明：气体质量的泄漏随气膜厚度和背压的增加而增加,随活塞长度的增加而减小;当气膜间隙为20~30 μm,活塞长度为10~15 cm,背压在3~5 MPa时,间隙密封泄漏量在3%以内,符合动力活塞间隙密封的设计要求。分析结果为自由活塞斯特林机动力活塞间隙密封提供了设计依据。     

基于湍流模型的碳环密封泄漏特性数值计算

为探究工况参数对湍流效应下不同轴径碳环密封泄漏特性的影响规律,在层流动力润滑研究的基础上,建立湍流动力润滑理论模型,选用Ng-Pan湍流系数表达式,采用有限差分法对介质流体压力控制方程进行迭代求解,分析碳环密封的泄漏特性。研究表明：在湍流状态下碳环密封的动压效应更加凸显,但在湍流状态下其密封性能劣于层流状态;随着转速增加,2种流态的流场最高压力值均呈非线性发散式增大,而泄漏率整体增加但增幅缓慢;随进口压力增加,2种流态下流场最高压力呈线性收敛式增大,而泄漏率均近似呈相对平行的线性趋势增加;随偏心率增大,流场最大压力均呈现指数式增加,而泄漏率均呈非线性方式增加;在大轴径条件下,考虑湍流效应才更加贴近实际流动状态。     

混合齿密封动力特性的分析与比较

提出在交错齿密封的竖齿上加装横齿并通过由此形成的轴向/径向混合密封来提高交错齿密封的封严性能和稳定性。建立了交错齿密封和混合齿密封三维CFD计算分析模型,计算和比较了两种型式密封的交叉刚度和有效阻尼。结果表明:混合齿密封的交叉刚度小于交错齿密封,低频区域内的有效阻尼大于交错齿密封。经过综合评判,混合齿密封泄漏量小,稳定性高于交错齿密封。     

离心泵稳态密封间隙力的计算分析

在综合考虑层流、湍流、介于层流与湍流之间的过渡区以及惯性影响的基础上建立了湍流润滑Reynolds方程，通过数值求解计算出离心泵环状间隙密封内的压力场，进而求得对应的密封间隙力及泄漏量。结果表明，数值计算结果与文献给出的实验结果具有较好的一致性，表明所提出的计算方法具有较高精度，可为离心泵转子系统的设计提供可靠的量化依据。结合实例对影响密封间隙力的一些主要因素进行了分析。     

Rotordynamic Coefficients of Multistepped Annular Seals

The basic equations are derived for incompressible flow in multi-stepped annual seals. A 2-D CFD solution is used to verify the model. Exit and entrance loss factors substituted into the bulk flow solution for pressures in the cavity match the 2-D CFD solution. The flow is assumed to be completely turbulent in the axial and circumferential directions with no separation and is modeled using Moody's friction factor relationship. Linearized zeroth- and first-order perturbation equations are developed for small motion about an arbitrary position by an expansion in the eccentricity ratio. The zeroth-order continuity and momentum equations are integrated, yielding the axial and circumferential velocity components and the pressure distribution. The first-order equations are integrated to satisfy the boundary conditions and yield the perturbation pressure distribution. This resultant pressure distribution is integrated along and around the seal to yield the force developed by the seal and the corresponding dynamic coefficients.     

迷宫气封齿高对转子动力学系数的影响

将流场分为2个控制体,对流体基本方程及经验公式进行摄动求解,且采用流量连续原理及迭代法求解各腔室内的静态压力,同时也引入气封齿齿高于原双控体模型中。对修正的双控制体模型的分析结果表明:必须考虑气封齿齿高对转子动特性的影响,引入齿高后的转子动特性系数更接近于Childs实验值;不同的气封齿位置,具有相类似的动特性变化趋势。     

密封间隙力对泵转子临界转速的影响分析

随着给水泵的大功率化、高转速化的发展,为保证多级离心泵转子部件的平稳运转,避免其在接近其临界转速时产生共振,需要对设计中的转子进行干态、湿态下的临界转速计算.论文以5级离心给水泵为主要模型,采用有限元法分别计算其在干态、湿态下的临界转速,通过对比,得出密封间隙力对转子临界转速的影响.干态情况下,分别用邓克莱法和有限元法计算给水泵的一阶临界转速;湿态情况下,分别计算密封设计间隙及二倍间隙不同情况下的临界转速,对比结果,表明密封间隙力对泵转子临界转速的影响非常大,并且与密封间隙的大小密切相关.     

环形间隙中泄漏流量的影响因素研究

为了控制和减少环形间隙中的泄漏量，介绍了层流和紊流状况下泄漏流量的基本计算方法，分析了其主要影响因素，研究了芯轴倾斜、密封界面相对移动和旋转，以及温度、压力变化等对泄漏流量的影响，提出了实际工程设计中应该注意的一些问题。     

液膜润滑非接触式机械密封温度场分析

利用有限元软件ANSYS计算了液膜润滑非接触式机械密封的温度场分布,与同样工况的接触式机械密封进行了对比,并分析了密封材料导热系数、主轴转速、密封介质粘度、液膜厚度等参数对温度场的影响.结果表明:密封材料导热系数、主轴转速对端面温度具有较大影响,而液膜厚度的影响可以忽略.     

离心泵密封口环动力学特性系数计算

本文根据Ｈｉｒｓ的紊流整体流动理论,研究了离心泵间隙密封的动量方程式,在此基础上,推导了计算动力学系数的微分方程组,进行了数值求解并对计算结果进行了分析比较。     

船用立式离心泵机械密封改进设计

分析了船用立式离心泵常用密封的主要失效原因,介绍了新型机械密封的改进设计及其试验使用结果.     

Test Results for Leakage and Rotordynamic Coefficients of Floating Ring Seals in a High-Pressure,High-Speed Turbopump

Test results are presented for short floating ring seals (D = 53.0 mm, L/D = 0.15) using a smooth surface and a round-hole pattern defined as a damper floating ring seal (h/C_r = 3, γ = 0.34: the ratio of hole area to surface area) for supplied pressures of 3.0, 5.0, and 7.0 MPa, respectively, with the shaft operating speed up to 24,800 rpm. The measured data includes leakage, attitude angle, eccentricity ratio, and rotordynamic coefficients such as stiffness, damping, and inertia. When the floating ring seals are locked up, the eccentricity ratio of the smooth surface floating ring seal is lower than that of the damper floating ring seal. The attitude angle increases linearly with the operating speeds. The damping coefficients of the damper floating ring seal are higher than those of the floating ring seal. Whirl frequency ratios of the floating ring seal are lower than the damper floating ring seal with high eccentricity ratio at low operating speed range. The design parameters determined from these test results will be used for high-pressure and high-speed turbopump seals in a liquid rocket engine system.     

"水下风车"主轴机械密封失效分析及改进

对“水下风车”主轴与机舱间采用的机械密封结构可靠性进行了分析,分别采用ANSYS有限元中接触单元的仿真方法和理论方法计算了轴向力及径向力引起的密封变形。结果表明,由环境压力引起的机械变形较小,从而排除因机械变形引起的泄漏。对“水下风车”的密封结构进行了改进,提出了改进的机械密封结构及浮动环密封结构。