一种新型组合轴端密封的设计及数值模拟

针对传统的迷宫密封作为气膜密封装置的轴端密封存在的问题,设计一种新型组合轴端密封结构。该组合轴端密封采用特殊结构产生泵送效果,实现了流体动压反输径向密封。采用该新型组合轴端密封的气膜密封,集径向、轴向2种流体动压反输性能于一体,在提高密封性能的同时,减少磨损,延长了密封装置寿命。采用Ansys软件建立组合轴端密封的三维流体模型并进行数值模拟,结果表明,组合轴端密封采用的特殊结构使流体随螺纹旋转产生横向推力,流体通过组合轴端密封结构后压力增大,产生了泵送效果,实现了径向密封。     

PolyMAX 模态参数识别算法的快速实现

PolyMAX 是近几年发展起来的宽频带模态参数识别算法,该方法在抗干扰能力、识别密集模态、以及处理大阻尼复杂结构方面具有非常好的特性。通过避免缩减正则方程计算中的矩阵求逆以及乘法运算,实现了该算法的快速实现。最后采用七自由度仿真算例与航空发动机涡轮盘实测算例进行验证。结果表明：快速实现能够在对识别精度影响很小的情况下显著提高参数识别速度。     

枞树型槽上游泵送机械密封稳态特性数值分析

针对电机轴承密封可靠性差的问题,提出一种适用于电机的枞树型槽上游泵送机械密封。在MATLAB环境下求解液膜稳态雷诺方程,得到枞树型槽上游泵送机械密封端面液膜压力分布,分析端面结构参数如槽深比、螺旋角、槽坝比对密封稳态特性的影响规律,并给出枞树型槽结构参数的设计优选范围。结果表明:该机械密封具有较好的动压效应;随着槽深比的增加,开启力、泵送量和液膜刚度均先增大后迅速减小,摩擦因数则缓慢增大;随着螺旋角的增大,开启力和泵送量逐渐减小,刚度先增大后减小;随着槽坝比的增大,开启力和泵送量增加,摩擦因数增大,刚度先逐渐增大而趋于稳定;槽深比和螺旋角对枞树型槽上游泵送机械密封的稳态特性影响较大,而槽坝比的影响较小;取槽深比1. 0～4. 0、螺旋角15°～25°、槽坝比1. 5～2. 5时,机械密封可获得较大开启力和液膜刚度、较小摩擦因数等较好的综合性能。     

非接触式机械密封端面温度求解方法

针对工程中密封环端面温度难以测量的情况,研究非接触式机械密封端面温度求解方法。建立有限元传热模型,对密封环传热进行正向计算,获得密封环稳态温度分布;对有限元方程进行修改,基于修改后所得计算结果使用多项式拟合与Trefftz方程近似2种方法对端面温度进行预测,并对2种方法的精度进行对比;减少已知温度节点的数量,即相当于在工程中减少热电偶的使用数量,在有限元方程中使用修改后的插值函数对剩余节点温度进行计算,并以此插值函数讨论已知温度节点数量对计算结果的影响,在确定最优值后对不同参数下的预测误差进行对比。结果表明:2种预测方法所得结果误差都随着转速的增加而增大,随密封介质温度的升高而减小,但Trefftz方程所得的预测效果要好于多项式;经过计算发现使用4插值节点所得的结果与精确解吻合良好。     

电机液膜密封的结构设计及性能分析

为解决电机密封在高转速、双向旋转工况下润滑介质向电机绕组内侧泄漏的问题,设计一套液膜密封装置。采用有限差分法离散柱坐标系下雷诺方程,利用SOR求解端面液膜压力分布,比较枞树槽和T型槽的液膜密封装置的泵送性能、承载能力及泄漏量分别随转速、膜厚的变化规律。结果表明:同条件下枞树槽压力峰值大于T型槽;枞树槽在较低的转速或较大的膜厚下即可实现泄漏介质的完全反输;同膜厚下枞树槽开启力大于T型槽且枞树槽开启力随转速、膜厚变化明显;综合分析,枞树槽较适用于高转速、双向旋转的电机液膜密封。     

基于相变效应的内压型螺旋槽液膜密封性能分析

液膜相变现象不仅改变了端面润滑状态,而且对密封性能及稳定性有着显著的影响。使用有限体积法对控制方程进行离散,研究了螺旋槽结构参数与密封工况参数对密封性能及液膜相变率的影响。结果表明：开启力与泄漏量随螺旋角、槽数、槽深、压差、转速的增大而增大,随槽面宽比、槽台宽比的增大先增大后减小,分别在槽面宽比ζ=0.5与槽台宽比φ=0.7时取到最大值。相变率随螺旋角、转速的增大而增大,随槽数、槽深、压差、槽台宽比的增大而减小,随槽面宽比的增大先减小后增大,在槽面宽比ζ=0.8时取最小值。通过对各参数合理地选择与组合,可以有效地抑制相变进程,进而在保证密封运行稳定的同时利用相变现象提高密封性能。     

液膜密封非定常工况下的瞬态特性

运行工况的瞬时变化严重影响密封性能。利用Matlab建立密封环端面间隙液膜三维模型,采用有限差分法离散基于JFO空化边界条件的雷诺方程,应用SOR迭代求解液膜压力分布,进一步耦合求解雷诺方程与瞬态动力学方程,分析工况连续变化及压力扰动对密封瞬态特性的影响。结果表明：相比于转速瞬时变化,压力瞬时变化过程中挤压效应对密封性能的影响更为显著,密封端面趋近速度越大,由液膜挤压产生的承载能力越高,端面流体被排出的速度越大;压力瞬时变化易引发静环轴向速度振荡,压差越大,振荡幅值越大;压力扰动情况下,空化率与泄漏量急剧突变后趋于稳定,压力突升相比于压力突降更易恢复稳定状态;摩擦扭矩在变工况过程中平稳变化,无较大幅度波动。     

基于无限窄槽理论的双向多重组合螺旋槽液膜密封流场分析

基于无限窄槽理论推导螺旋槽液膜润滑非接触式机械密封压力分布公式,并校正螺旋槽进出口处的边缘影响系数;计算表征液膜密封性能的承载力、泄漏量、摩擦扭矩等参数,并进行验证;根据双向组合螺旋槽液膜密封的特点,提出基于权重叠加的流场计算方法,并以交错槽为例进行计算,并与Fluent模拟结果进行对比。结果表明:提出的边缘影响系数计算方法更为合理;利用叠加法计算双向组合槽流场得到的结果与Fluent模拟结果的误差在工程允许范围内,验证该方法的可行性,为工程设计与分析提供了可靠的计算方法。     

考虑涡动工况的螺旋槽液膜密封性能分析

为进一步探索液膜密封性能影响机制,以上游泵送螺旋槽液膜密封为研究对象,基于满足质量守恒的Schnerr-Sauer空化模型,建立密封环涡动模型并基于圆形涡动轨迹,探讨了不同操作工况如压差、转速和膜厚时,涡动方向对密封性能和液膜空化影响。结果表明：正向涡动在变压差和变转速时均可提升液膜承载能力但加剧了泄漏量,反向涡动虽减小泄漏量但较大幅度降低液膜承载能力,不利于密封稳定性;变膜厚时,反向涡动显著降低液膜承载能力,而较大膜厚时正向涡动提升液膜承载能力相对较小;正向涡动有效促生液膜空化,而反向涡动在变压差时有助于抑制液膜空化但低速时对其无影响,并且受膜厚影响较小