迷宫-蜂窝混合型密封静态稳定性与泄漏特性研究

建立迷宫-蜂窝混合型密封三维数值分析模型,研究密封在阻塞/非阻塞流动状态及不同偏心率下静态稳定性与泄漏特性,并与传统迷宫密封进行对比分析. 结果表明:两种不同结构型式的密封泄漏量均随偏心率的增大而增加,但迷宫-蜂窝混合型密封相较于传统迷宫密封有更好的封严性能. 在阻塞与非阻塞状态下,两种密封均表现为负的静态刚度系数,系统易产生静态失稳现象. 与传统迷宫密封相比,迷宫-蜂窝混合型密封静态刚度系数绝对值较小,稳定性较高.      

阻旋栅对梳齿密封动静特性影响研究

阻旋栅可改变密封进口流体周向流动与进口预旋,是提高系统稳定性的主要方法之一.本文作者应用计算流体力学方法研究了阻旋栅几何参数对梳齿密封动静特性的影响,计算分析了阻旋栅在不同长度、间隙、周向个数及不同进口预旋比下密封流场分布与动力特性系数,并与无阻旋栅梳齿密封进行对比.研究表明:阻旋栅能够有效抑制密封进口周向流动、降低密封腔室周向压力;随着阻旋栅周向个数与阻旋栅间隙的减小,其抑制效果增强,阻旋栅长度的增加对周向速度影响则越来越小;提高预旋比将使密封内流体周向速度增加.与传统梳齿密封相比,具有阻旋栅的梳齿密封直接阻尼增加,交叉刚度降低,进而有效阻尼提高.阻旋栅间隙s=0.20 mm、长度l=3.25 mm、数量n=90时密封有效阻尼较大,系统稳定性最好.     

精细积分法在迷宫密封转子系统非线性动力学特性计算中的应用

基于Muszynska密封力模型,建立了迷宫密封转子系统的非线性动力学模型,将精细积分法推广应用于非线性情况,计算了迷宫密封不平衡转子系统的动力学特性,依据Floquet理论讨论其分岔特性。研究表明：在2^N类算法计算指数矩阵基础上提出的精细积分法和传统的数值计算方法相比,其精度高,在分析中通过取不同步长计算对比,表明该方法在某些情况下可以采取较大时间步长,有效提高了计算速度。     

超临界二氧化碳高低齿梳齿密封动力稳定性研究

建立超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,SCO₂)高低齿梳齿密封三维数值计算模型,应用基于微元理论的密封动特性识别方法,研究凸台宽度及密封间隙对超临界二氧化碳梳齿密封动静特性的影响,并与传统梳齿密封进行对比. 研究表明:高低齿梳齿密封的交叉复合刚度系数对有效阻尼系数影响较小,主阻尼对其占主要影响. 在低涡动频率下(<160 Hz),传统梳齿密封动力稳定性较好;而涡动频率高于160 Hz时,高低齿梳齿密封的有效阻尼系数约为传统梳齿密封的105%~113%;且存在1个最佳凸台宽度使密封系统稳定性最好(本文最佳值为5.13 mm);随着密封间隙的减小,有效阻尼系数的大小与频率依赖性分别增大、增强. 高低齿梳齿密封泄漏量较传统梳齿密封降低约45.5%;凸台宽度5.13 mm、密封间隙0.4 mm时较原始模型(b=4 mm、c₂=0.5 mm)泄漏量分别降低约5%和19%,高低齿梳齿密封泄漏量随密封间隙的减小而降低.      

迷宫密封转子系统非线性动力稳定性的研究

研究迷宫密封对转子系统动力稳定性的影响，迷宫密封的气动力采用Muszynska非线性力模型，计算了单盘Jeffcott转子非线性动力学特性。对Jacobi矩阵的分析表明，在密封力的影响下，转子达到一定转速后开始失稳，发生Hopf分岔，进入周期涡动状态，涡动幅度随转速的提高而增大，提高到一定程度，密封和转子发生碰摩，采用Runge-Kutta法数值模拟了转子的轴心轨迹。最后分析了迷宫密封的物理和结构参数对系统运动特性的影响。     

迷宫密封湍流增阻的数值研究

迷宫密封是依靠节流间隙中的节流过程和迷宫空腔内的动能耗散过程来实现密封的,这两个流体流动过程从本质上规定了迷宫密封的密封性能。通过密封内部流动本质的研究,合理利用湍流流动的规律和特点,能够发挥密封内部湍流的增阻作用,提高密封性能。本文数值计算了一种锯齿型径向迷宫密封的内部流动,得到了密封内部的流动形态,揭示了密封内部流动与密封性能的关系。结果表示,密封存在一个最佳的齿插入长度。在最佳齿插入长度时,尽管节流间隙较大,但由于节流间隙内流动收缩和偏转,间隙的有效通流面积却很小,泄漏介质可以在间隙中获得较大的速度,在迷宫空腔内形成正确的耗散涡流,密封具有最佳的密封效果。所以,充分发挥湍流增阻的作用,可以突破节流间隙的微小尺寸限制,实现较大间隙下的良好密封。这不仅会给迷官密封的制造、安装及运行等带来很大的方便,而且可以为发展新的迷宫密封技术奠定理论基础。     

迷宫密封双控制体模型的改进及应用

由双控制体模型的三个控制方程入手,将其无量纲化,并分解为零阶和一阶无量纲方程.由零阶方程求得定常流场,继而求解一阶方程得到密封的动特性参数,其中一阶方程以简洁的矩阵形式表达,操作更为简便.本文双控制体模型是较为成熟且得到认可的分析方法,双控制体改进模型具有更为清晰的模型及更为简洁的算法.最后与传统模型计算结果比较,验证了本文算法的准确性.随后分析了几种密封参数对其动力特性的影响,揭示某些规律并给出一些建议.     

交错式扇贝阻尼密封动力特性研究

建立交错式扇贝阻尼密封三维数值分析模型,基于动网格及多频椭圆涡动模型研究密封动力特性沿轴向分布规律,计算分析错开角度(α=0°、11.25°、22.5°、33.75°)与密封腔深度(h=2.8、3.3、3.8和4.3 mm)对密封动力特性的影响. 结果表明:上游腔室(C1~C4)具有较大的正直接刚度和有效阻尼,对抑制转子涡动、提升系统稳定性的贡献相对较大. 相对并列式(α=0°)结构,交错式扇贝阻尼密封流体周向速度较小、湍流耗散增加,系统稳定性提升,同时密封泄漏量降低. 错开角度为33.75°时的有效阻尼约为0°时的111%~121%;错开角度为22.5°时的泄漏量相较于0°时约降低了2.11%. 有效阻尼随密封腔深度减小而增大,密封腔深度为2.8 mm时的有效阻尼约为4.3 mm时的146%~211%;密封泄漏量随密封腔深度增大而降低,密封腔深度为4.3 mm时的泄漏量相较于2.8 mm时降低了约3.73%.      

锯齿型径向迷宫密封的数值研究

数值研究了锯齿型径向迷宫密封的密封性能,对密封的内部流场进行了有限元模拟,展示了节流间隙中有效能流宽度及泄漏介质通流速度随齿插入长度变化的规律,得到了不同齿插入长度时的密封性能,发现密封性以并不是随着齿插八长度的增加而单调增加,而是存在一个最佳的齿插入长度。最佳齿插入长度时,尽管此时的节流间隙较宽,但由于间隙是流动的强烈偏转,使实际的有效通流面积减小,泄漏介质在节波间隙中因而可以获得较大的速度,所     

迷宫密封中流场的有限差分模拟

本文用k-ε紊流模型和可压缩流体压力修正方程以及SIMPLEC算法对时均形式的二维N-S方程进行了求解,得到了单腔室迷宫密封中的流场特性,其结果可以用来改进迷宫密封转子动力特性的分析模型.     

具有封严蓖齿转子系统的动力稳定性分析

封严蓖齿的气弹力对转子系统的稳定性起重要作用，本文建立了具有封严蓖齿的转子系统动力稳定性的分析方法，该方法利用传递矩阵法建立系统的主导方程，将封严蓖齿的气弹力以等效刚度及等效阻尼系数的方式引入转子系统的主导方程，用数值积分法解主导方程，求得系统的动力特性，根据扰动解判断系统的稳定性。本文所建立的分析软件，也可计算转子系统的不平衡响应、临界转速、突加不平衡响应等。文中对一模型转子进行了算例分析。     

Rotordynamic Coefficients for Labyrinth Gas Seals: Single Control Volume Model

A numerical code has been developed to determine the rotordynamic coefficients of straight-through labyrinth gas seals in the case of a single volume model. Some considerations are drawn concerning the position of the sonic section when the flow is choked. Furthermore, the influence of kinematic viscosity varying with pressure has been considered. The results are compared with the experimental and theoretical ones available in the literature. The agreement between results is fairly good.     

考虑空化效应的螺旋槽机械密封液膜动力学特性研究

考虑液膜空化效应的影响,研究螺旋槽液体润滑机械密封的动力学特性. 基于液体润滑理论和小扰动法,建立了考虑液膜空化的密封微扰膜压控制方程,采用有限单元法对端面液膜三自由度微扰下的液膜刚度和阻尼系数进行了数值求解,分析了不同参数对液膜密封动力系数的影响. 螺旋槽深度在10 μm左右、槽坝比在0.75左右、槽宽比在0.4左右,螺旋角在9°左右时液膜具有最大的轴向和角向刚度系数. 螺旋槽深度在5 μm左右、槽宽比在0.6左右、螺旋角在20°左右时,两角向交叉阻尼绝对值最大. 初始偏角的存在使密封压力呈现非对称性,从而使两角向动力系数绝对值不再相等. 液膜轴向刚度k_zz在数量级上远大于其余液膜刚度值,液膜轴向阻尼d_zz、角向阻尼d_αα和d_ββ远大于液膜其余阻尼值且随着转速和间隙的增大而减小.      

大间隙环流壁面摩擦及偏心转子静特性研究

基于紊流整体流动模型和Ｍｏｏｄｙ壁面摩擦系数方程简化了大间隙环流三维流非线性偏微分控制方程组,推导了零阶摄动方程并采用数值方法对大间环流中偏心转子静特性进行了深入研究。实例计算结果表明：大间隙环流中转子与以灿承和密封为代表的小间隙环流中转子的静特性有很大同;壁面摩擦系数沿周向变化,同时转子和静子壁面粗糙度以及偏心率对大间隙环流中转子静特性有较大的影响。     

超导磁力与静压液膜力复合轴承的静动特性分析

以新一代液体火箭发动机涡轮泵为应用前景,提出了一种带小孔节流的超导-液体静压复合推力轴承.该复合轴承由6块圆形超导瓦和6块带有小孔节流的圆形液体静压推力瓦构成,依靠涡轮泵系统自带的低温介质(如液氢液氧等),可以实现超导磁斥力与流体静压力的复合.基于解耦方法分析了复合轴承的静动特性,重点研究不同液膜厚度下复合轴承的承载力和刚度随节流孔径、液腔直径等的变化规律.在设计工作点附近,超导推力瓦和静压推力瓦的承载力大体相当,而后者的刚度则是前者的300倍以上.理论结果表明该复合结构既可以保证启动阶段无接触摩擦,又能在工作阶段保持较高刚度以抗冲击,对设计高可靠性火箭涡轮泵的轴系结构具有参考价值.