孙婷梅[1]2008年在《迷宫密封流场及其动力特性计算》文中研究指明迷宫密封作为工业上常见的一种密封形式,具有结构简单、对各种工业介质适应性强、使用寿命长等特点,因此广泛应用于离心式压缩机、透平膨胀机、汽轮机等机械中。但随着叶轮机械向着高性能和大容量方向发展,密封气流激振成为威胁机组安全运行的主要因素之一。本文围绕迷宫密封激振机理以及动力特性系数的研究展开,应用FLUENT软件对迷宫密封内部流场进行了深入的研究,并提出了一种计算密封动力特性系数的方法。本文以CFD软件FLUENT为主要计算工具,建立了迷宫密封叁维有限元模型,对边界条件的选取和网格的划分进行了分析。并将计算得到的泄漏量和腔内压力与经验公式计算结果进行了对比,模拟结果与经验公式计算结果相吻合。本文对迷宫密封内部叁维流场进行完整地分析,讨论了偏心、转速、压差以及预旋对密封腔内转子表面周向压力分布的影响,在流场分析基础上计算密封气体力,进一步深入了解了迷宫密封气流激振产生机理。此外,本文还引入用户自定义函数(UDF)定义入口总压,并对入口总压一定与入口静压一定两种情况下的流场进行了分析,比较了两种情况下作用在转子上的气体力。提出了一种计算大扰度情况下迷宫密封转子动力特性系数的方法,将气体力的非线性因素考虑进去,研究了偏心、转速、压差以及预旋对迷宫密封动力特性系数的影响。
杨彦磊[2]2006年在《迷宫密封流场及气流诱发振动研究》文中研究指明迷宫密封被广泛应用于旋转机械中,迷宫密封具有寿命长,结构相对简单,易于维护等优点,同时也存在着一定问题,如泄漏量偏大,降低了机组效率,在特定条件下还会引起转子振动,从而影响机组的稳定性。本文研究了密封齿几何参数和密封腔结构对泄漏量的影响规律,提出改进方案,之后分析了各参数对密封转子系统的动力特性系数的影响。本文以CFD软件FLUENT为主要计算工具,通过模拟扩突流、单腔密封、叁齿两腔室密封,计算结果和流场与实验数据基本吻合,证明数值计算是可靠的。在此基础上,计算分析了流量系数随齿高,齿距,齿厚,齿隙和齿型的变化规律,研究表明流量系数随齿隙增加而线性增加,随齿间距增加而减小,齿厚趋向于零时流量系数减小,尖齿比平齿密封效果更好。并以数值计算结果为指导,多次改进,最终设计出密封效果更好的密封腔结构。之后模拟了叁维偏心转子密封的流场,分析偏心、转速和预旋对流场速度和压力分布的影响规律。由于密封结构的特殊性,转子密封系统的动力特性系数很难直接测量,目前常用的方法是采用Chlids提出的双控制体模型,但该方法仅适用于直通式迷宫密封,对其他齿型如斜齿,交错齿是否可行还有待进一步确认。而采用计算流体力学方法则没有这样的限制,并可得到密封内流场的微观结构,本文参考了J.Jeffery Moore和Y.Hsu的方案,假设转子涡动为圆周运动,采用旋转坐标系来模拟转子的涡动,分析了转速、压比和预旋对转子动力特性系数的影响,计算表明反向预旋可较大幅度的提高转子的稳定性。最后,讨论了迷宫密封发展的方向,以及当前求解转子动力特性系数方法的不足,即对转子涡动轨迹做了简化和假设,离真实的转子和流体的耦合过程还有一定差距,这可通过CFD软件中的滑移网格和动网格技术来做进一步逼近,以及通过CFD软件的二次开发来实现转子受力和转子位移的耦合作用。
沈耀阳[3]2007年在《迷宫密封气流激振的数值模拟与分析》文中认为气流激振对透平机械稳定性的影响越来越引起人们的重视。汽封是汽轮机安全经济运行不可缺少的重要组成部分,对汽封引起的激振进行深入细致的研究十分必要,研究的结果将会对汽轮机的性能产生很大的影响。本文介绍了迷宫密封激振产生的机理和特征,利用数值模拟软件Fluent针对单腔式迷宫密封的不同结构和入口条件进行了数值模拟,计算得到了流线分离角,将结果引入到分析迷宫密封动特性的两控制体模型中,分析了不同的几何参数和物理参数对迷宫密封动特性的影响,从理论上揭示了迷宫密封激振力的奥秘以及减弱或消除该激振力的方法,为工程中优化汽轮机的性能提供了理论依据。
宁喜[4]2013年在《离心压缩机稳定性预测与优化》文中研究指明离心压缩机的稳定性,一直是困扰离心压缩机高端化发展的重要瓶颈。失稳导致的紧急停机很可能会造成巨大的经济损失和不可预估的事故损害。密封作为压缩机内重要部件,具有防止工质泄漏,提高压缩机级效率的作用。国内外发生过多起因密封内部气流激振引起压缩机转子失稳造成的事故,因此研究离心压缩机非接触式密封导致转子失稳的失稳机理,探究各种密封对转子稳定性的贡献,对压缩机的高端化发展具有重要意义,本文围绕压缩机上应用的平衡盘密封、叶轮口环密封展开研究,主要工作及贡献如下：1)自主开发多种偏心密封模型的建模程序,提高模型前处理的效率,实现了密封模型的参数化开发。本程序可以短时间内得到高质量网格。分别研究迷宫密封、蜂窝密封、孔式阻尼密封,叁种平衡盘密封的动力特性系数,并定量计算某九级压缩机转子在叁种密封下的对数衰减率的变化,定量地比较了叁者的泄漏量及对转子稳定性的影响；深入研究孔式阻尼密封的结构细节对压缩机泄露量及对数衰减率的影响,分析影响孔式阻尼密封性能的关键因素；2)对多种离心压缩机叶轮口环密封展开深入研究,探究在不同工况下,口环密封的动力特性。并对各种口环密封的动力特性及转子轴承系统的对数衰减率进行对比,探究性地提出了一种计算密封稳定性的线性公式；3)建立压缩机整级动力学模型,将压缩机级间密封及叶轮口环密封,放到整个级内进行研究,计算整级全叁维偏心流道模型,探究气流在单级流道内的流动规律,验证评价单级流道对转子稳定性影响的方法；本文的工作对准确预测转子系统的稳定性,及解决稳定性问题具有重要参考意义,有助于设计大阻尼,低交叉刚度,封严特性好的密封部件。
李典来[5]2016年在《液氧涡轮泵变腔室长度迷宫密封特性研究》文中进行了进一步梳理迷宫密封被广泛应用于火箭发动机、航空发动机、压缩机等透平涡轮机械当中,其优良性能已经被证明在提高转子转速方面能够起到非常重要的作用。目前,对迷宫密封技术的研究,在建立泄漏计算模型和密封流体激励力计算模型方面已经取得了许多富有成效的技术成果。然而,现阶段对迷宫密封的研究仍存在不足之处,例如泄漏计算模型和密封流体激励力计算模型普遍存在通用性较差,只在某些特定条件下才适用或满足精度要求,并且这些模型在一定程度上都做了许多简化假设,因而难以准确描述密封流场结构。随着计算机的高速发展和计算流体力学(CFD)的逐步发展,CFD密封流场模拟被广泛应用于迷宫密封特性研究领域。基于CFD密封流场模拟方法可以直接用于密封流场分析而不需要做过多的假设因而能够更准确地描述密封流场的流动状况,并且具有更好的计算精度。本文利用FLUENT软件深入对迷宫密封流场进行分析,研究迷宫密封的泄漏特性,基于动网格技术求解其动力学系数,并提出一种变腔室长度结构迷宫密封的设计方向。本文首先建立迷宫密封叁维流场模型,详细分析了边界条件的设置和网格的划分。其次研究了迷宫密封的泄漏特性,从密封间隙、偏心率、转子转速、入口压强等方面对迷宫密封流场的速度分布、压强分布、转子受力情况及泄漏量的影响进行了细致的分析,进一步深入了解流体激励力产生机理,为研究迷宫密封的动力学特性奠定了基础。接着研究了迷宫密封的动力学特性,利用基于动网格的瞬态计算方法获得了偏心率、密封间隙、转子转速和入口压强对迷宫密封的动力学特性的影响规律。最后,在此基础上,通过对变密封腔长度结构对迷宫密封的泄漏特性和动力学特性的影响研究,提出了优化迷宫密封的泄漏特性并改善其动力学特性的变密封腔室长度结构模型。
涂霆[6]2016年在《密封流体激振及塔管道振动控制技术研究》文中指出振动问题是导致设备失效的最主要因素之一,旋转机械密封流体激振和管道振动是工程振动问题的重要组成部分。流体的周向流动和转子偏心是导致密封流体激振的两个重要原因,针对流体的周向流动本文研究了阻尼密封技术,针对转子偏心本文研究和设计了偏心自适应调节密封装置。在塔设备管道振动方面运用了粘滞性阻尼器来减振,主要内容如下：(1)建立了涡轮泵离心轮梳齿迷宫密封的叁维模型,采用CFD软件计算了间隙流场,分析了梳齿迷宫密封诱发流体激振的机理,基于获得的密封间隙压力、速度分布和流线状态,解释了迷宫密封易导致流体激振的原因；同时系统研究了迷宫密封的不同结构参数(转子偏心率、密封间隙量、密封齿厚、密封齿数和入口预旋)对密封泄漏量和动力特性的影响规律,为涡轮泵迷宫密封结构设计与优化提供了理论依据。(2)改进梳齿密封为孔型阻尼密封,研究了阻尼密封(孔型密封和蜂窝密封)抑制流体激振的机理,运用CFD软件模拟孔型阻尼密封间隙流场,分析了阻尼密封抑制流体激振,增强转子密封系统抗干扰能力的原因。进一步系统研究了孔型阻尼密封的不同结构参数(孔排布方式、周向孔数、孔深和密封间隙量)对孔型密封泄漏量和动力特性的影响,为孔型阻尼密封的结构设计和优化,抑制密封流体激振提供了一定的理论基础。(3)针对转子偏心这一导致密封流体激振的根源,研究设计了一种偏心自适应调节密封装置,实验研究了不同转速、弹簧刚度下的抑制密封流体激振效果。(4)针对高耸塔设备细长管道振动过大问题,研究了运用粘滞性阻尼器控制塔管道振动的效果。通过现场了解塔管道布置和振动情况,运用有限元软件ANSYS、SAP2000等分析了管道振动原因,对粘滞阻尼器不同的安装位置的减振效果进行了模拟,制定了合理的减振方案并现场指导安装,取得了显着的减振效果。
李志刚[7]2013年在《袋型阻尼密封泄漏特性和转子动力特性的研究》文中进行了进一步梳理旋转密封是叶轮机械中的关键部件,控制着通过动静间隙从高压区域向低压区域的泄漏流动。虽然旋转密封的主要功能是抑制泄漏流动,但其在控制泄漏流动的同时会产生流体激振力,对叶轮机械的转子系统稳定性具有显着影响。相比于传统的迷宫密封,袋型阻尼密封具有与之相近的密封性能和非常优越的抑制转子振动的能力,目前被应用于多级高转速离心压气机中,替代迷宫密封达到控制泄漏和改善转子系统稳定性的目的。本文的主要目的是通过对袋型阻尼密封泄漏特性和转子动力特性的深入研究,阐明其密封和阻尼机理。首先,针对高参数叶轮机械中旋转密封有效间隙会在高转速作用下偏离其设计值的问题,率先提出了适用于袋型阻尼密封在高转速下、考虑流固耦合效应时的泄漏特性研究的有限元分析(FEA)和计算流体动力学(CFD)相耦合的数值方法(FEA/CFD),系统分析了运行工况和几何参数对袋型阻尼密封泄漏特性的影响,得出了相应的泄漏特性曲线。计算了典型袋型阻尼密封实验件在3种转速、3种压降下的泄漏量,数值结果与实验值吻合良好,验证了FEA/CFD数值方法的准确性和有效性。在此基础上,研究了压比、密封间隙和转速对袋型阻尼密封泄漏特性的影响规律,并与传统迷宫密封进行了比较。研究结果表明:高转速下,采用FEA数值方法考虑转子半径伸长的影响能够显着提高密封泄漏量的预测精度;相比于压比和转速,密封间隙对泄漏量的影响更为显着,周向挡板对泄漏量几乎没有影响;袋型阻尼密封泄漏量随压比的减小而增大,并逐渐趋于临界状态对应的最大值;高转速对泄漏特性的影响可分为两个方面:粘性耗散效应和几何效应;袋型阻尼密封的周向挡板结构能够显着地减小密封腔室内的周向旋流速度。其次,发展了一种基于Bulk Flow理论的适用于袋型阻尼密封转子动力特性系数预测的理想气体单控制体等温Bulk Flow计算模型和数值算法,并开发了具有自主知识产权的计算程序。计算了4种典型袋型阻尼密封实验件的频率相关的转子动力特性系数,预测结果与实验值吻合良好,验证了所发展的Bulk Flow计算模型和数值算法的有效性。选用目前常用的8种迷宫密封泄漏量预测模型,分析了泄漏量预测模型对所发展的Bulk Flow模型预测精度的影响,选出了最优的泄漏模型。在此基础上,研究了密封齿数、密封间隙、密封间隙比和腔室深度等几何设计参数对袋型阻尼密封转子动力特性的影响。结果表明:袋型阻尼密封的密封齿数和腔室深度均存在一个最优值使其具有最大的阻尼;较小的密封间隙对提高袋型阻尼密封的阻尼是有利的。再着,首次提出了预测旋转密封转子动力特性的多频涡动模型和非定常CFD数值方法,包括转子多频涡动位移的叁种数学模型(直线涡动轨迹模型、圆涡动轨迹模型和椭圆涡动轨迹模型)、非定常流体激振力的CFD求解方法和转子动力特性系数的频域提取方法。基于多频椭圆涡动模型,计算分析了叁种典型的旋转密封实验件(迷宫密封、袋型阻尼密封和孔型密封)在不同转速、进口预旋条件下、20~300Hz频率范围内的频率相关的转子动力特性系数,叁种旋转密封的预测结果均与实验值吻合良好,验证了所提出的多频涡动模型和CFD数值方法的准确性和适用性。分析了多频涡动位移数学模型和湍流模型对预测结果的影响。研究结果表明:多频涡动模型只需进行一次非定常求解便可获得多个频率下的转子动力特性系数,具有预测精度高、计算速度快和对不同的旋转密封结构普遍适用的优点;多频涡动模型的预测结果不受转子涡动轨迹的影响;从预测精度和计算时间两个方面综合考虑,在旋转密封转子动力特性系数的数值预测中,标准k-?湍流模型是一种经济适用的湍流模型。最后,采用所提出的多频椭圆涡动模型和非定常CFD数值方法,系统全面地评估了运行工况(压比、转速、进口预旋)和几何结构参数(周向挡板数、腔室深度)对袋型阻尼密封转子动力特性的影响规律。研究结果表明:相比于密封出口压力,密封进口压力对袋型阻尼密封转子动力特性的影响更为显着;袋型阻尼密封的有效阻尼随进口压力的增大而显着增大;袋型阻尼密封更适宜安装在进口压力高,进出口压差大的位置。转速和进口预旋均使袋型阻尼密封的交叉刚度绝对值明显增大,使有效阻尼系数显着减小,其中进口预旋的影响更为显着。相比于迷宫密封,袋型阻尼密封能够提供更大的频率相关的直接刚度和直接阻尼;增加袋型阻尼密封的周向挡板数能显着地增大直接刚度,但对有效阻尼的增大效果有限。相比于直通光滑环形密封,袋型阻尼密封具有较大的直接刚度和较小的有效阻尼;袋型阻尼密封的腔室深度存在一个最优值使其同时具有较大的直接刚度和较大的有效阻尼。本文针对袋型阻尼密封在高转速下的非定常泄漏流动和转子动力特性开展了深入的数值研究。所提出的FEA/CFD耦合的泄漏特性数值分析方法、Bulk Flow分析模型和基于多频涡动模型的转子动力特性数值预测方法为进一步提高叶轮机械运行效率和稳定性的高性能袋型阻尼密封设计提供了理论基础和技术支撑。
张明杰[8]2017年在《汽轮机密封内流动特性分析及增效技术研究》文中研究指明随着汽轮机组向高参数、大容量方向发展,密封的重要性得到凸显,密封性能直接影响机组的经济性和安全性,高效密封成为大型机组继续发展所必须解决的难题之一。因此,对汽轮机密封进行研究,掌握工作机理、研究新型密封结构具有重要的理论意义和工程价值。本文从轴端密封和叶尖密封两方面展开研究工作。本文首先建立迷宫密封叁维CFD分析模型,对流场特性进行研究。结果表明,密封通过密封齿的节流和腔内能量耗散实现流体封严,泄漏量随着压比和密封间隙的增加而增大。螺旋形流动导致周向压力分布不均是产生汽(气)流力的诱因,随着压比和预旋速度的增加,交叉刚度增大,容易诱发转子的低频涡动。在交错齿密封的基础上提出混合齿密封,并对其性能进行计算和比较。结果表明,混合齿密封的泄漏量比交错齿密封低30%,交叉刚度也低于交错齿密封。对混合齿密封进行结构参数分析,发现存在一个最佳横齿高度使性能最优;横齿间隙越小越好,但设计时需要注意横齿间隙应该大于竖齿间隙,防止两道横齿之间发生碰磨。为了更好地分析叶尖密封流动特性,本文将叶尖密封和动叶上下游流场耦合,建立分层单控制体模型,准确预测出叶尖区域欠转流的存在。为了分析密封结构参数的影响,在分层单控制体模型的基础上提出混合单控制体模型和混合双控制体模型,对比这叁种模型的泄漏量计算结果,最大误差为7.1%。利用混合双控制体模型对密封结构参数进行分析,发现泄漏量随着叶尖间隙的增大而增长,密封腔深度和宽度对泄漏量的影响不显着。提出叶尖气膜复合密封,对其增效能力进行计算和比较。结果表明压降主要发生在气膜密封前后,迷宫密封齿的节流降压作用失效。气膜复合密封增效显着,泄漏量仅为传统迷宫密封的0.75%,效率从原来的91.52%提高到93.73%。对于气膜复合密封,随着气膜厚度的增加,泄漏量增加,效率降低。
黄飞淋[9]2014年在《液氢涡轮泵转子—迷宫密封系统动力学特性研究》文中研究指明随着现代工业的迅猛发展，转子轴系的转速增加、密封压力的增加和转子挠性度的增加，以及密封间隙的减小，致使密封激励问题在转子轴系设计中要求更加严格。对于合理描述密封流体激励力不仅有利于系统的动力学特性分析、简化分析过程，还有利于明确密封结构各参数对系统的物理意义，研究密封流体激励力对稳定性的影响规律。本文建立了密封流体激励力理论模型，通过叁维CFD计算研究某型号迷宫密封的压力分布、流体作用力，建立液氢涡轮泵转子-密封系统动力学模型，对其动力学特性进行研究，分析系统稳定性，研究其影响规律。主要研究内容和结果如下：(1)使用Muszynska模型并在此基础上引进经验参数，考虑密封入口预旋效应，并建立一套计算迷宫密封的Muszynska模型经验参数的方法，以获得完整的密封流体激励力理论模型，分析迷宫密封流体激振力，并将激振力集总在转子轴系上。(2)对某型号迷宫型密封建立叁维流体计算模型，使用Fluent流体计算软件分析该型号密封内部流动和压力分布，研究密封间隙、转子偏心对密封泄漏量和激振力的影响，通过得到的计算结果数据对密封激振力模型中所设计经验参数进行非线性回归，确定经验系数大小。研究发现密封流体激振力是由静压力和动压力的综合作用，一般情况流体静压力占主导作用。(3)结合提出的迷宫密封激振力模型、计算得到的模型经验参数获得完整密封激振力模型，使用有限元方法建立液氢涡轮泵转子-迷宫密封系统动力学模型进行数值求解。研究发现轴承支撑刚度、轴承位置对轴系模态振型不影响；迷宫密封流体激振力所激起的轴系振动，其频率与一阶固有频率相近而造成共振，导致液氢涡轮泵转子-迷宫密封系统失稳。(4)通过研究液氢涡轮泵转子-迷宫密封系统稳定性，发现随着轴系轴承支撑刚度的增加、密封间隙的增加、密封介质粘度的增加统稳定性增强；随着密封两端压差的增加、密封半径的增加系统容易失稳；密封各参数变化对轴系临界转速影响甚微，密封的支撑刚度远小于轴系轴承的支撑刚度，对临界转速的影响可以忽略。
曹体进[10]2004年在《迷宫密封流场动力特性系数研究》文中指出迷宫密封广泛应用于透平机械，研究其激振原理和动力特性系数，对于设计一台具有良好动态性能的透平机械具有重要的理论和实际意义。本论文围绕迷宫密封流场动力特性系数的研究展开的，采用两控制容积模型，利用湍流理论和计算流体力学的方法，深入研究迷宫密封内部流动的规律、密封性能，获得迷宫密封的动力特性系数。 本论文主要涉及以下内容： 1、介绍迷宫密封技术，主要包括迷宫密封的分类、密封形式和密封原理。 2、研究迷宫密封在定常流动下的静态工作特性，其中主要包括空腔数、齿间相对厚度、间隙与空腔宽度之比、空腔深宽之比、不同齿形、齿面倾斜角、斜齿倾角和流向等的影响。 3、用两控制容积模型建立方程，推导出主导方程组，对非求解变量进行了确定，同时对主导方程组进行了化简。 4、对迷宫密封两控制容积模型主导方程组运用摄动分析方法进行了求解，得到了迷宫密封腔中的压力分布，并进一步求解得到迷宫密封的四个动力特性系数的计算公式。 5、将计算结果与已有的实验结果相比较，对推导出的公式进行综合分析。 6、分析转子转速、入口预旋速度、入口压力、密封间隙等几种主要因素对迷宫密封动力特性系数的影响。
参考文献：
[1]. 迷宫密封流场及其动力特性计算[D]. 孙婷梅. 浙江大学. 2008
[2]. 迷宫密封流场及气流诱发振动研究[D]. 杨彦磊. 华中科技大学. 2006
[3]. 迷宫密封气流激振的数值模拟与分析[D]. 沈耀阳. 华北电力大学（河北）. 2007
[4]. 离心压缩机稳定性预测与优化[D]. 宁喜. 北京化工大学. 2013
[5]. 液氧涡轮泵变腔室长度迷宫密封特性研究[D]. 李典来. 哈尔滨工业大学. 2016
[6]. 密封流体激振及塔管道振动控制技术研究[D]. 涂霆. 北京化工大学. 2016
[7]. 袋型阻尼密封泄漏特性和转子动力特性的研究[D]. 李志刚. 西安交通大学. 2013
[8]. 汽轮机密封内流动特性分析及增效技术研究[D]. 张明杰. 东南大学. 2017
[9]. 液氢涡轮泵转子—迷宫密封系统动力学特性研究[D]. 黄飞淋. 哈尔滨工业大学. 2014
[10]. 迷宫密封流场动力特性系数研究[D]. 曹体进. 西安建筑科技大学. 2004
标签：工业通用技术及设备论文; 迷宫密封论文; 刚度系数论文; 阻尼振动论文; 阻尼作用论文; 压力系数论文; 预测控制论文; 机械振动论文; 振动频率论文; cfd论文;