袋型阻尼密封动力特性数值与实验研究

通过非定常动网格技术，建立了袋型阻尼密封动力特性多频椭圆涡动求解模型，在实验验证求解模型准确性的基础上，研究了袋型阻尼密封腔室轴向长度、周向挡板数量及深度对密封动力特性的影响；并对不同周向挡板数量的等腔室袋型阻尼密封的泄漏特性进行实验研究。研究发现，密封腔室轴向长度为d=4/8mm的传统袋型阻尼密封比d=10mm的等腔室袋型阻尼密封的有效阻尼C_eff约增加21.5%；随着二次腔室轴向长度从d=10mm减小到d=6mm，有效阻尼C_eff约增加14.1%，流体压缩效应更加明显，增加了腔室内的动压，有利于抑制转子涡动。等腔室袋型阻尼密封的周向档板数量对其阻尼系数有显著影响，当涡动频率大于200Hz时，挡板数从24减少到4时，有效阻尼C_eff约增加37.8%，稳定性明显提高。当袋型阻尼密封空腔深度从3mm增加到6mm时，等腔室袋型阻尼密封的交叉刚度较大、C_eff约减小51.7%，稳定性降低。     

离心压缩机蜂窝阻尼密封动力特性及转子稳定性*

新一代蜂窝阻尼密封在提升透平机械转子稳定性方面有优越的表现,其动力特性是评价转子稳定性的重要参数。应用非定常动网格技术和多频涡动模型,研究蜂窝密封动特性系数随转子涡动频率的变化规律,并与迷宫密封进行对比。结果表明：蜂窝密封动特性受转子涡动频率影响较大,直接刚度系数和交叉阻尼系数随涡动频率增大而增大,交叉刚度和直接阻尼系数随涡动频率增大而减小;迷宫密封动特性系数随涡动频率变化特征不明显;在低频率区蜂窝密封的有效阻尼远高于迷宫密封。在实际压缩机转子上的应用结果表明,蜂窝密封能显著提升转子稳定性。     

进口预旋对高压迷宫密封流体激振转子动力特性的影响

采用基于转子多频椭圆涡动模型和动网格技术求解非定常Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程,研究进口预旋对高压环境下迷宫密封非定常流场和流体激振转子动力特性的影响。分析对比进口预旋比为0.2、0.5和0.7时迷宫密封腔室的旋流强度、周向压力和转子动力特性系数。研究结果表明:高压环境下迷宫密封在低预旋比0.2时具有正的、与频率无关的直接刚度系数;随进口预旋比增大,迷宫密封有效阻尼显著减小,穿越频率明显增大;当预旋比从0.5增加至0.7时,有效阻尼的穿越频率从39.1 Hz升高至55.4 Hz;进口预旋增加会使得密封腔室周向旋流强度增加和周向压力分布不均匀性显著增强,进而导致迷宫密封的直接刚度和交叉刚度Kxy增加,高频区(f30 Hz)下直接阻尼降低和有效阻尼明显降低。     

袋型阻尼密封的非定常动力学特性研究

在燃气轮机中,密封系统的好坏对燃气轮机性能的影响十分明显.其中袋型阻尼密封由于其低泄漏、高阻尼的特点,既能提高了燃气轮机的效率又有效地减少其转子的振动.本文运用ANSYS-CFX软件分别对8齿传统袋型阻尼密封、8齿贯通挡板袋型阻尼密封进行数值计算,结果表明:密封腔内气体作用力的切向分力有助于降低转子振动速率,而其径向分...     

结构参数以及工质对静压气体轴承动力参数的影响

基于MATLAB编程,通过有限差分法（FDM）耦合比例分割法获得压力分布;采用偏导数法（PDM）推导出扰动状态的润滑方程求得静压气体轴承的动力学特性参数;分析静压气体轴承的结构参数（供气孔数量、气膜间隙、节流方式）以及工质（空气和He）对其动力学特性的影响,以及动刚度和动阻尼系数随着各参数的变化规律。结果表明:气膜间隙、单排供气孔数以及工质的种类对直接刚度均有影响,但对阻尼一级交叉刚度系数影响较小;节流方式对直接刚度系数以及直接阻尼系数影响较大,对多交叉刚度系数以及交叉阻尼系数影响较小;固有孔节流的主刚度以及主阻尼系数大于间隙节流。     

结构参数以及工质对静压气体轴承动力学参数的影响

基于MATLAB编程,通过有限差分法(FDM)耦合比例分割法获得压力分布;采用偏导数法(PDM)推导出扰动状态的润滑方程求得静压气体轴承的动力学特性参数;分析静压气体轴承的结构参数(供气孔数量、气膜间隙、节流方式)以及工质(空气和He)对其动力学特性的影响,以及动刚度和动阻尼系数随着各参数的变化规律。结果表明:气膜间隙、单排供气孔数以及工质的种类对直接刚度均有影响,但对阻尼一级交叉刚度系数影响较小;节流方式对直接刚度系数以及直接阻尼系数影响较大,对多交叉刚度系数以及交叉阻尼系数影响较小;固有孔节流的主刚度以及主阻尼系数大于间隙节流。     

浅槽环瓣型浮动环密封的动态特性分析

在浅槽环瓣型浮动环密封静态性能分析的基础上,对其动态特性进行了研究分析。利用Reynolds方程,通过计算微小位移或速度扰动对液膜动压力的影响获得液膜的刚度和阻尼,然后结合系统结构分析其稳定性。结果表明：浅槽环瓣型浮动环密封具有相当优越的稳定性,具有相当大的刚度和非常迅速的反应速度;密封腔压强、转速对于刚度系数、阻尼系数及系统的稳定性具有较大影响,其中刚度和阻尼随压强的增大而增大,随转速的增大而减小,超调量和调整时间随压强的增大而减小,随转速的增大而增大。     

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.     

锥形间隙对袋型阻尼密封气流力影响机制研究

为探讨锥形间隙对袋型阻尼密封气流力的影响,建立锥形间隙袋型阻尼密封数值求解模型,研究进出口压比、偏心率、转速及锥形度对袋型阻尼密封气流力的影响;设计密封气流力实验台,分析在不同进出口压比及偏心率下锥形间隙袋型阻尼密封气流力的大小;通过密封压力分布规律揭示锥形间隙对袋型阻尼密封气流力的影响机制。研究结果表明:随着进出口压比,偏心率的增大,密封周向楔形间隙内流体动压效应增强,收敛间隙袋型阻尼密封与等间隙袋型阻尼密封的径向气流力增大,发散间隙袋型阻尼密封径向气流力绝对值增大。当转速为0时,密封切向气流力为0,随着转速的提高,密封的切向气流力逐渐增大,密封间隙内气流的周向流动是形成切向气流力的主要原因。收敛间隙袋型阻尼密封沿气流流动方向,密封径向间隙不断减小,气体的聚集使得密封腔中压力升高,径向压差增大,从而产生较大的径向气流力。     

不同口环密封结构对转子动力学特性的影响

为了研究不同形式密封结构对高速离心泵密封动力学特性的影响，通过数值计算的方法对环形密封、迷宫密封、轴向槽型密封3种不同形式的密封结构在相同边界条件下的泄漏量、刚度阻尼特性和密封内流特性等方面进行了研究。研究结果表明：迷宫密封的密封效果最好，环形密封次之，轴向槽型密封最差；轴向槽型密封的泄漏量比迷宫密封高出34%。然而，轴向槽型密封的主刚度系数和主阻尼系数较迷宫密封高出1倍以上，密封动力学特性最好；且轴向槽型密封可以减弱密封内部环流，减弱进口预旋速度。     

ANALYSIS OF COUPLING INFLUENCES OF LABYRINTH SEAL PARAMETERS ON CROSS COUPLED STIFFNESS AND DIRECT DAMPING COEFFICIENT

A~ndal area Of cODtIDI volume (Inlnz )b~Breadth Of tOP of teeth(rnm)C, c--Damping (N' slm)e--Eccentricity~force(N)fi,fz--Coefficient of inchon factorC, X, Y--Constantsh~Height of teeth (mzn)K, k--S~s (N/m)L~ length Of seal cavihes (mxn)Li~Pitch (nun).m--~ mass flow (kg' m- 1' s- I )Nc--N~ Of seal cavihesnl --Circular speed Of ~ (r/ndn)nZ--ROtor speed (rlndn)p~Dess~ (Pa)p,--Dessme ~nce (Pa)R~Gas constant (J' kg~ l' K~ I )R,~ndus Of contIDI VOlume 1 (nun)RZ~ndus Of contIDI…     

反旋流对密封静力与动力特性影响的理论与试验研究

设计加工无/有反旋流共4种密封结构,从理论与实验两个方面研究反旋流对密封静力与动力特性的影响规律。建立反旋流密封静力特性CFD模型,理论分析反旋流对密封间隙流体切向速度、周向压力分布以及泄漏特性的影响;设计搭建反旋流密封动力特性试验台,试验测试无/有反旋流密封的泄漏特性,应用不平衡同频激励法试验研究反旋流对密封动力特性的影响。研究结果表明:反旋流可减小密封间隙流体的切向速度,进而降低密封间隙流体的周向压力差,且密封间隙流体周向压差随切向速度的减小而降低,这是反旋流抑制密封气流激振力的主要原因;密封的泄漏量随进出口压比的增加而增大,两者近似呈线性关系;与无反旋流密封相比,反旋流密封增加了密封的泄漏量,且随着进出口压比的增加,两者泄漏量差异增大;密封的动力特性系数的随密封进出口压比与转速的增加而增大。在相同工况下,主刚度大于交叉刚度约一个数量级,主阻尼与交叉阻尼数量级相同,且主阻尼大于交叉阻尼;反旋流可有效降低密封的等效刚度,增加密封的等效阻尼,提高密封的稳定性。     

三自由度微扰下箔片端面气膜密封动态特性分析

提出一种新型箔片端面气膜密封方式,基于气体润滑与弹性力学理论,应用小扰动法建立箔片端面气膜密封的微扰膜压控制方程。对比分析了不同箔片变形力学模型下的动态特性系数变化规律,探究了不同工况及结构参数对气膜动态特性的影响规律,以最大动态主刚度和阻尼作为综合优化目标,确定了结构参数的优选范围。结果表明：随着激振频率、转轴转速的提高,气膜动态主刚度与动态主阻尼的动态互补变化,抑制了润滑膜厚的激变,同时作为气膜不稳定诱因的动态交叉系数的变化放缓,降低了因工况突变引起气膜振荡、失稳的风险;此外,介质压力的增大能够显著提升密封维稳、抗振性能。当楔形高度取5～8 μm,节距比取0.2～0.4,箔坝比取0.5～1.1,箔片数取4～6,箔片结构阻尼取5×107～8×107 Pa·s/m时,箔片端面气膜密封综合动态抗扰性能较优。     

Measurements of Flow Rate and Force Coefficients in a Short-Length Annular Seal Supplied with a Liquid/Gas Mixture (Stationary Journal)

Deep sea compression systems must work under strenuous conditions with either gas in liquid or liquid in gas mixtures, mostly inhomogeneous. Off-design operation affects the mechanical system's overall efficiency and reliability, with penalties in leakage and rotordynamic performance of secondary flow components, namely, seals. This article introduces a test rig to characterize the leakage and dynamic force coefficients of a short-length annular seal (L/D = 0.36, clearance = 0.127 mm) operating under various flow regimes ranging from pure gas, to bubbly (liquid in gas), to foamy (gas in liquid), to pure liquid. The test rig includes of rotating journal and a softy supported cartridge that make a clearance annular seal that is supplied with a liquid/gas mixture. Flowmeters record the fluid's passage, and with manual control of the streams, the mixture has a known liquid (or gas) volume fraction at the seal inlet plane. Two orthogonally mounted electromagnetic shakers excite the cartridge with periodic (single-frequency) forces spanning a wide frequency range. Eddy current sensors and accelerometers record the seal cartridge motions and a frequency domain parameter identification method delivers the seal dynamic force coefficients.

For tests with a pressure supply/pressure discharge ratio = 3.0 and 3.5 and a nonrotating journal, the article reports the flow rate for an ISO VG10 oil in air mixture with liquid volume fraction (LVF) at the inlet plane increasing from pure gas to pure liquid. Wet seal stiffness and mass and damping force coefficients follow for a seal operating with a pressure supply/pressure discharge ratio = 2.0 and operating with air (only) and also with an oil-in-air mixture with inlet LVF = 2% and 4%. The experimental results, the first reported, reveal that a small amount of liquid increases the damping coefficients of the wet seal 10-fold (or more). Predictions from a computational bulk flow model also demonstrate that the seal damping coefficient varies greatly with small contents of liquid in the oil/gas mixture, although agreement with the experimental force coefficients is not compelling due to the likely inhomogeneity of the mixture flowing though the seal.     

新型涡流槽密封泄漏特性与动力特性研究

提出一种密封入口周向均匀设置有涡流槽的新型密封结构,建立了传统迷宫密封与新型涡流槽密封泄漏特性及动力特性求解模型,在实验验证数值计算方法准确性的基础上,通过比较分析了传统迷宫密封与新型涡流槽密封在不同进出口压比、预旋比工况下的泄漏特性与动力特性,研究了新型涡流槽结构对密封泄漏特性及动力特性的影响机理。研究结果表明：随着涡流槽数量的增加,涡流槽密封的泄漏量逐渐降低;在同一压比下,不同涡流槽数新型密封的泄漏量之间差值随着压比的增大而增大。当压比为6时,64涡流槽的新型密封较传统迷宫密封,泄漏量下降了3.37%;在高预旋比的工况下,不同涡流槽数量密封的切向气流力均与转子涡动方向相反,起到抑制转子涡动的作用,且随着涡流槽数量的增加,切向气流力也随着增大;随着转子涡动频率的增大,三种不同涡流槽数量密封的交叉刚度先减小到负值然后增大到正值。涡流槽密封的有效阻尼均高于传统迷宫密封,新型涡流槽密封可以提高转子系统的稳定性。     

周向波度气体密封的动态特性

基于摄动法求解周向波度气体密封的动态Reynolds方程,得到动态气膜压力分布。计算周向波度气体密封的气膜动态刚度和阻尼系数,分析扰动频率及密封端面几何参数,如波数、波幅和坝宽比对气膜动态特性系数的影响规律。结果表明:当扰动频率小于转轴角速度时,其对气膜动态特性系数影响不大,反之有较大影响;波数对气膜动态特性系数影响不大,随着波幅的增加主刚度系数和阻尼系数都随之减小,耦合刚度系数则几乎不受影响,随着坝宽比的增加刚度系数基本保持不变,阻尼系数均增加。     

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。     

Parametric Study of Spiral Groove Gas Face Seals

A finite element analysis for the isothermal flow in spiral groove gas face seals is detailed along with a successive approximation method for the iterative solution of the nonlinear Reynolds equation. Zeroth- and first-order pressure fields are calculated for evaluation of the seal opening force and leakage and the axial stiffness and damping force coefficients, respectively. A parametric study shows the static and dynamic force behavior of a baseline SGFS operating with a large pressure ratio. The recommended geometric parameters presented ensure large static stiffness and damping force coefficients while still allowing for low seal leakage rates. A reduction in the power loss and a significant increase in the seal static stiffness coefficient are unique features of thin seal dams.     

蜂窝密封的封严特性研究

对于蜂窝深度为3.0mm、蜂窝芯格尺寸(蜂窝六边形的对边距离)分别为3.2mm、1.6mm和0.8mm三种蜂窝密封,研究了在不同转速、压比下的封严特性。试验结果表明,三种蜂窝密封之中,芯格尺寸为1.6mm的蜂窝密封封严效果最好,说明蜂窝密封芯格尺寸的大小对其漏气量的影响并不呈线性规律。计算结果表明,蜂窝宽度与蜂窝深度比值适当时,能量耗散效果好,密封的漏气量较小。蜂窝宽度与蜂窝深度的比值偏大或偏小时,能量耗散效果差,密封的漏气量都较大。     

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。