柱面密封气膜动压效应模拟及试验

航空发动机柱面密封常因动压不足导致浮环碰磨而破裂。据此利用Fluent软件对现役柱面无槽气膜和螺旋槽气膜两种模型进行了流场动压数值模拟,并进行试验验证。研究结果表明:对于无槽气膜模型,增大偏心率、转速和压差,密封动压效应增强。偏心率和压差的增大会提高模型泄漏率,但转速的改变对模型泄漏率的影响很小;对于螺旋槽气膜密封,增大偏心率、转速和压差,气膜浮升力提升。随偏心率和压差的增大,模型泄漏率随之升高。综合以上两条结论可得,转速是影响泄漏率的次要因素;螺旋槽模型相对无槽模型,动压效果好,泄漏率小,相同工况下具有更好的动压效应,此研究对于研发更优的柱面密封结构有重要参考意义。     

湍流效应对干气密封性能影响的研究进展

在干气密封的理论研究与设计计算过程中,一般都是基于层流流动假设下进行的,但随着密封运行工况渐趋于高参数化、工艺介质多相化,在高参数、极端复杂工况下时流体会处于湍流流动状态,传统的层流流动理论就变得不再适用,因此在干气密封的理论设计与研究中就需要考虑润滑气体的湍流效应。总结现今应用较为广泛的3种湍流润滑模型,即Constantinescu模型、Ng-Pan-Elrod模型和Hirs模型,并介绍各模型的理论基础与适用范围。对湍流润滑方程及其在不同模型下的湍流系数表达式进行说明,综述考虑湍流效应对干气密封稳、动态性能影响的国内外研究进展。     

干气密封系统角向摆动的稳定性及其振动响应

干气密封系统角向摆动改变了动静密封环间的微尺度间隙,进而影响了干气密封的密封性能,建立了角向振动下气膜-密封环系统的动力学模型,应用微扰法和龙格-库塔法求解气膜角向刚度、临界转动惯量和角向摆动的二维振动方程,获得了密封系统稳定时的密封结构参数范围,并分析了最佳稳定点和临界点振动响应。研究结果表明:在特例中螺旋角α=75°邻域内,存在着稳定区域α=74°30′06″-75°16′10″,其最佳值为αopt=74°53′48″。最佳稳定点振动响应为准周期运动,而临界点振动响应发生了混沌运动。     

基于CFD的螺旋槽干气密封气膜刚度的计算

应用Gambit软件建立三维螺旋槽干气密封模型,并对其进行网格划分。在相同特定工况下,运用Fluent软件对6种不同气膜厚度的螺旋槽干气密封内部微间隙三维流场进行数值模拟,得到其流场的压力分布及径向压力分布。通过不同厚度的气膜所产生的动压来获得它们的气膜推力,再利用最小二乘法则拟合得到了气膜推力关于气膜厚度的解析式,求得气膜刚度。结果表明,气膜刚度是关于气膜厚度的负指数函数,通过与试验进行对比,证明了利用此函数来求解气膜刚度是正确的。     

干气密封槽型参数的优化及其数值模拟

利用多目标优化方法,构建气膜刚度与泄漏量之比的协调函数,应用maple软件对该目标函数进行近似求解,获得最佳螺旋槽几何参数和密封性能参数.采用CFD软件数值模拟方法,建立流场的几何模型,根据所得进行内平衡计算和密封性能的校核.通过对一个串联式泵用于气密封系统的实例设计,证明可以用该方法进行干气密封系统的优化设计及数值模...     

基于分形接触理论的机械密封泄漏率与膜厚预测*

针对机械密封运转过程中平均膜厚的变化规律,采用重构分形接触模型表征端面形貌,结合机械密封泄漏率预测模型,建立了平均膜厚预测模型。使用Mathematica软件对给定工况下机械密封的泄漏率和平均膜厚进行理论计算,分析不同参数条件下泄漏率和平均膜厚的变化趋势。研究表明：当分形维数较小时,尺度系数减小、材料系数增大和端面比载荷增大均可使平均膜厚减小,但材料系数变化对平均膜厚数值的影响幅度较小,而尺度系数和材料系数减小、端面比载荷增大可导致泄漏率降低;当分形维数大于1.69时,机械密封端面比载荷和材料性能参数对泄漏率和平均膜厚的影响可忽略不计。     

基于迹线的拟合曲线槽干气密封气膜流场的性能研究

对螺旋槽中间面的中间线上的流体迹线进行拟合,将该拟合曲线作为干气密封的槽型线,建立拟合曲线槽三维立体模型,运用Fluent软件对该拟合曲线槽在干气密封特定工况下(压力为0.50MPa、转速为3kr/min)的最大压力、泄漏量进行数值模拟和分析,并与螺旋槽进行比较。研究结果表明:在相同工况下拟合曲线槽的最大压力为0.60MPa,螺旋槽的最大压力为0.55MPa;拟合曲线槽的泄漏量为8.0×10-3m3/h,螺旋槽的泄漏量为9.6×10-3m3/h。拟合曲线槽和螺旋槽相比,其动压效果更好,泄漏量更小,在工程上可以考虑用拟合曲线槽代替螺旋槽实现更好的密封效果。     

干气密封在合成气压缩机轴端密封中的应用

合成气压缩机轴端浮环密封技术落后,经设计改造为干气密封后实现一次开车成功。介绍干气密封设计改造过程,对比改造前后的效果。     

螺旋槽干气密封微尺度气膜的温度场计算

螺旋槽干气密封在高压、高速旋转时内部会产生一定量的热,导致密封环发生热弹变形,从而使运行不稳定和泄漏量增大。首先在速度滑移边界条件下,求出气膜压力和气膜速度;然后推导出气膜的能量微分方程,同时引入温度阶跃边界条件,进而利用气膜的压力、速度和能量方程,通过Matlab软件数值计算得到气膜的温度分布。结果表明,随着气体从外径流入内径,气膜速度的分布规律是先降低后升高,槽根部周围速度较低;随着气体从外径流入内径,气膜温度的分布规律是先升高后降低,槽根部周围温度较高;考虑温度阶跃下的温度分布与不考虑温度阶跃下的温度分布相差较小,可以不予考虑温度阶跃对干气密封气膜温度的影响。     

扁锥面单层网壳的非线性动力学特性

用拟壳法建立了正三角形网格三向扁锥面单层网壳的轴对称非线性动力学基本方程．通过分离变量函数法,用Galerkin法得到了一个含二次、三次的非线性微分方程．为了研究混沌运动,对一类非线性动力系统的自由振动方程进行了求解,给出了单层扁锥面网壳非线性自由振动微分方程的准确解．通过求Melnikov函数,给出了发生混沌运动的临界条件．数字仿真证实了混沌运动的存在．