转子密封系统反旋流数值分析及实验研究

应用CFD软件FLUENT对带有反旋流的转子密封系统进行数值分析,运用Muszynska理论分析反旋流喷嘴数量与反旋流喷嘴流体入口速度对流体激振的影响,并进行实验验证。数值分析与实验研究的结果均表明,反旋流抑制流体激振是通过控制密封腔内流体的周向速度而实现的。在反旋流装置中,反旋的喷嘴数量越多,密封腔内流场越稳定,越有利于抑制流体激振的发生;反旋流的反旋速度存在一个最优值,在该反旋速度下能有效地抑制周向速度,且能避免流体反向的周向旋转而造成的更大振动。     

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.     

迷宫密封中的气流激振及其反旋流措施

针对气流在迷宫腔中的旋流是产生激振力的根源，提出了几种反旋流措施，经实验研究，获得良好效果，为防止出现这类故障提供了参考。     

反旋流抑制密封间隙内流体激振研究

大型水泵机组、水轮发电机组中由于转子偏心导致的流体激振会增大转子的振动,影响转子的安全运行。该文根据密封模型搭建了实验台,研究了喷水、喷气等反旋流方法对密封间隙内的流体激振的影响,对比了在不同情况下转轴振动幅值变化,结果表明具有合适喷射位置和喷射流量的反旋流对密封间隙内的流体激振起抑制作用,并初步得到抑制密封间隙内流体激振最佳喷射位置和喷射流量。通过数值模拟计算了在不同的喷射位置、不同喷射速度的反旋流对密封间隙内流场的影响,在一定程度上解释了实验结论,二者所得的规律统一,为反旋流技术抑制流体激振在工程上应用提供有效的依据。     

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。     

反预旋密封动力特性实验研究

密封的动力特性对旋转机械转子系统稳定性影响较大,反预旋密封是提高密封稳定性的有效方法。本文设计加工了阻旋栅与反旋流密封,实验研究了反预旋密封动力特性,设计搭建反预旋密封动力特性实验台,应用不平衡同频激励法实验研究反预旋对密封动力特性的影响。研究结果表明,反预旋密封的动力特性绝对值随进出口压比与转速的增大而增大;反预旋装置可有效降低密封交叉刚度,增加密封主阻尼,提高密封稳定性。本文研究揭示了反预旋密封抑制气流激振力的机理,为设计反预旋密封提供理论依据。     

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。     

反旋流抑制转子不平衡实验研究

转子不平衡是大型水泵机组、水轮发电机组中的常见故障,严重影响机组的安全稳定运行。该文搭建了模型实验台,研究了喷水、喷气等反旋流方法对转子不平衡响应的抑制作用。实验结果表明具有合适喷射流量的反旋流对转子不平衡响应起抑制作用,并研究了反旋流喷嘴数量对抑制转子不平衡响应的影响。对比了在不同情况下转轴振动幅值变化,初步得到抑制转子不平衡响应的最佳喷射流量。为反旋流技术抑制转子不平衡响应在工程上应用提供有效的实验依据。     

端面气膜密封的泄漏流特性

对面气膜密封的密封坝不带自由流的优越结构,其径向泄漏所流行应用的经典理论计算,结果偏高,误差较大。本文将采用修正准一维可压流分析方法,考察有关压差,坝宽,膜厚及旋转效应对径向泄漏流大小及其出现阻塞流的影响。     

反旋向供油环形密封的流体动力特性

对双出口反旋向供油环形密封（有进动偏心）的流体动力特性提出了一种计算方法，建立了计算模型。导出了一阶流场的常微分方程组和边界条件的解析提法，实现了边界条件的转化。计算表明，反旋向喷流导致进动频率比大大降低，从而提高了转子／密封稳定性。     

Theoretical Solutions for Dynamic Characteristics of Spiral-Grooved Liquid Seals

Annular seals represent one of the solutions for controlling leakage in high-speed turbomachinery, especially in multistage centrifugal pumps. In this article, a theoretical analysis method for leakage rate and dynamic characteristics of spiral-grooved liquid seals based on the theory of Iwatsubo and Childs is proposed. Steady-state velocities and leakage rate are figured out first with the inertia term of the fluid within the seals. Subsequently, governing equations for the land part and the groove part including the axial momentum equation, circumferential momentum equation, and continuity equation are respectively built. A solution method for calculating the rotordynamic characteristics that has taken account of the circumferential velocity perturbation change with the axial location is developed by solving the first-order governing equations. Detailed comparisons between the experimental leakage rates and theoretical predictions show good agreement. Moreover, dynamic coefficients predicted by the proposed method are compared with the theoretical and experimental results of Iwatsubo. The results show that the predicted stiffness of the present solution method correlates well with the experimental evidence with an error of less than 35% in the given examples, which validates the analysis method developed in this article. The predicted accuracy of stiffness and damping coefficients has improved substantially compared to the accuracy of the solution method proposed by Iwatsubo.     

流体动静压端面密封的静动特性分析

针对高速涡轮泵螺旋槽端面密封，建立了综合考虑泄漏和传导的密封热流模型，给出了端面密封静态和动态性能计算方法。通过对水介质下密封性能的计算，研究了工作参数对螺旋槽端面密封的基本静态性能以及刚度、阻尼表征的动态性能的影响规律。结果表明：在小于5μm的正常工作间隙下，转速对开启力、刚度和阻尼影响很大，而对泄漏量的影响很小；工作间隙越小，密封具有越高的刚度、越低的泄漏量，但运行过程中的功耗较高、温升较大。     

T形滑环组合密封圈密封性能研究

利用ANSYS建立T形滑环组合密封的二维轴对称有限元模型,将密封结构划分为4个密封区域,研究静、动密封状态下介质压力、密封间隙、摩擦因数和T形滑环斜边与垂直线之间的角度,对组合密封圈密封性能的影响。仿真结果表明,T形滑环组合密封可以满足研究的压力范围下的静、动密封要求。其最大Von Mises应力和最大接触应力随介质压力增大而增大,随密封间隙增大而减小;最大Von Mises应力和最大接触应力随滑环斜边与垂直线之间角度增大而增大,当角度为2.5°～7.5°时,组合密封可达到密封要求且滑环不易磨损;摩擦因数越小,组合密封动密封性能越好。     

电子设备橡胶隔振器静动态特性分析方法研究

橡胶隔振器采用粘弹性阻尼材料进行振动、冲击防护与控制,传统做法是依靠大量的经验公式和试验数据进行试错设计,效率低,成本高.文中针对电子设备中橡胶隔振器的静动态特性分析方法问题,系统建立了一套基于非线性有限元方法的求解策略.以某型橡胶隔振器为例,获得了其静刚度、蠕变和松弛特性等静态特性以及迟滞回环、谐响应和冲击响应等动态特性,并对橡胶隔振器设计和选型中的2个关键参数(橡胶超弹性和匹配质量)进行了讨论,可供橡胶隔振器设计方法研究参考.     

大流量安全阀静、动态特性的仿真研究

以一种新型大流量安全阀为研究对象,分析其结构,利用FLUENT软件进行流场仿真分析。依据安全阀在立柱系统中的工作原理,采用AMESim液压元件设计库,建立安全阀的模型并进行仿真,得出安全阀在溢流卸载过程中的阀芯位移曲线。从仿真结果看出,适当增加溢流孔个数有利于安全阀工作状态的稳定,为液压支架用大流量安全阀的设计提供了借鉴。     

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。     

先导式减压阀动静态特性研究

介绍了气体先导式减压阀的工作原理,建立了减压阀阀芯节流数学模型,分析了减压阀静态特性和动态特性。     

高压回转密封机理及热性能的理论和实验研究

对回转密封件沿轴向的压力分布和泄漏量随压力的变化规律进行了测试。利用有限元理论与流体动力润滑理论相结合对密封件进行了理论计算。同时对两种不同材料的密封件沿轴向的温度分布进行了测试，并且通过传热学理论，计算出密封件内部温度场的变化规律，分析了温度随压力的变化规律及密封材料的耐热性能     

基于流体域仿真的高速风机气浮箔片轴承动静特性研究

气浮轴承特性对高速风机转子稳定性有显著影响,气浮轴承的静特性与动特性计算是准确获得转子系统失稳转速的基础。通过建立气浮轴承物理模型,以及对应的流体域模型,设定气浮轴承工作状况下的参数,模拟其在工作状况下的流体域分布情况,调整轴心位置,找到标准工作状况下的轴心位置,实现气浮轴承的静特性计算。在静特性计算的结果的基础上,赋予轴颈同频的扰动,模拟流体域分布情况,得到在给定扰动情况下轴颈的受力情况,根据力的变化求解得到气浮轴承对应的刚度系数与阻尼系数,实现气浮轴承动特性的计算。结果表明：随着转速的不断提升,稳定时的轴心位置会逐渐向气浮箔片轴承的圆心靠近;在一定的工作转速范围内,轴承的直接刚度系数随着转速的提升而下降,直接阻尼系数则在工作转速范围内下降到达低值后上升。分析气浮轴承的特性系数与转速之间的变化规律,可为开展转子系统动力学研究提供理论基础。