混输转子泵是气液固三相混输工艺的关键设备,输送介质成分复杂,内部流动机理尚不明确。因此,基于动网格技术和Mixture多相流模型对混输转子泵内部进行数值模拟,分析了混输转子泵在不同工况参数下的性能变化规律。结果表明:气相与固相占比对混输泵性能影响不明显;转速对混输转子泵性能影响明显,转速增加,容积效率显著上升,流量脉动略微降低;随着压差的增加,出口流量降低,容积效率显著下降,流量脉动大幅上升;而在3个工况参数交互作用下,混输转子泵的性能波动明显,混输转子泵在低含气、高含砂、低转速、高压差工况时表现较差。研究结果对混输转子泵的深入研究和广泛应用提供了有价值的参考。

为了研究动压型机械密封液膜汽化特性和密封性能,建立了涉及水的饱和温度与压力的关系、黏温效应以及牛顿流体内摩擦效应的密封间隙液膜汽化计算模型,以螺旋槽机械密封为例分析了工况变化对液膜汽化特性及密封性能的影响规律。研究结果表明:介质温度升高时,存在平均气相体积分数突增的临界温度值,且随转速的增大临界温度值增大;介质压力和转速的增大对汽化有抑制作用,转速增大易使较高的汽化程度迅速降低且在某转速值处出现突变点,介质温度升高使得突变转速值增大;密封性能受工况变化的影响明显,特别是在汽化临界温度值、突变转速值处性能的变化速率迅速增大;液膜汽化首先发生在螺旋槽背风侧堰区,且随介质温度升高快速覆盖槽堰区并向坝区推进;随着转速的增大,润滑膜气相的周向分布更加均匀且高汽化区域会向外径侧移动。

为了合理选择各因素以实现对液膜空化的有效控制,以螺旋槽机械密封为研究对象,采用流线迎风有限元法求解满足质量守恒JFO边界条件的控制方程,分析工况参数对液膜空化特性的影响。结果表明:介质黏度、平衡半径和弹簧力减小时,迎流侧压力降低,背流侧压力提升,液膜空化率降低,空化临界转速与临界压力变化趋势相反;介质黏度和弹簧力越小,空化率随转速的变化曲线越平缓,随内径压力的变化速率越小;平衡半径越小,空化率随转速的变化曲线越平缓,随内径压力的变化速率越大。

针对一定液气比下油气两相动压密封,利用几何软件建模并划分结构化网格,将计算域导入Fluent计算,分析工况参数对密封性能的影响。结果表明:密封泄漏量、开启力和流体膜刚度都随着转速的升高而增大;密封泄漏量、开启力和流体膜刚度都随着压差的增大而增大。

为了预测指尖密封迟滞特性,提出了用能够直观反映指尖密封迟滞特性的最小迟滞量来表征指尖密封的迟滞,建立了指尖密封最小迟滞量计算的数学模型,确定了模型中的修正系数,并进行了试验验证,采用修正后的计算模型研究并获得了结构和工况参数对指尖密封迟滞的影响规律。研究结果表明采用修正后的模型进行考虑迟滞效应的泄漏特性数值计算与试验结果误差最大为7.64%,最小迟滞量的计算模型合理可靠;指尖密封结构参数对其最小迟滞量影响程度从小到大依次为指梁型线圆、指梁间隙、指梁根圆、指梁顶圆、指梁基圆、周向角、指尖片厚度。研究结果为进一步开展迟滞对指尖密封泄漏特性影响和指尖密封结构优化设计的研究提供了依据和理论基础。

液氧动压密封性能对液氧涡轮泵的工作效率及稳定性有很大的影响,为了研究不同工况下机械密封液膜的相变和密封性能,建立端面液膜汽化相变数值计算模型,分析液膜汽化的相变程度、相变区域分布和液膜汽化相变对泵开启力和泄漏量的影响。结果表明:工况参数对液膜的汽化相变有着一定程度的影响,随着动环转速、介质压力的增加,相变被抑制且最大相变体积分数发生在压力出口处且范围逐渐减小,最大相变压力逐渐增加,开启力和泄漏量不断增大;介质温度升高会促进相变的发生,最大相变体积分数发生在压力出口处且范围逐渐增加,最大相变压力不断减小,开启力和泄漏量不断减小。液膜的汽化相变会对密封性能产生直接的影响,合理选择密封工况,可有效利用和控制相变,提高密封性能。

针对以煤油为介质的机械密封,为提高其相关性能,需要研究密封端面的摩擦特性,以得到配合偶件材料摩擦因数f与工况参数G的关系。研究从其力学分析入手,配合煤油黏温性能的拟合求解,以及配合偶件材料的摩擦磨损试验,得到配合偶件材料的f-G理论曲线族与试验曲线。将所得到的试验曲线与理论曲线族对比,得到了不同工况下的近似油膜厚度,为变工况环境下低黏度介质的机械密封副的使用性能研究提供参考。

建立沿螺旋线排列的端面微造型机械密封液膜模型，基于质量守恒方程，考虑槽区深度、槽区半径、非槽区深度、螺旋角等几何参数及压差、转速等工况参数对开启力、泄漏量的影响；并基于高速实验台，测量了端面间的摩擦扭矩，同时与模拟结果对比。结果表明：固定压差时，随着槽区深度增加，开启力和泄漏量增加，固定转速时，泄漏量增加，开启力先增加后减小；随着槽区半径或螺旋角的增加，开启力和泄漏量减小；压差和转速的增加使得端面间摩擦扭矩增加，且实验值大于模拟值。

在动压滑动轴承润滑分析基础上,应用正交试验设计法,研究结构参数(轴承直径、宽径比和间隙比)和工况参数(线速度和比压)对动压滑动轴承润滑性能的影响。结果表明线速度和比压对轴承最大油膜压力影响显著,比压和轴承直径对轴承承载力影响显著,轴承直径和线速度对轴承端泄流量影响显著;低黏度润滑剂下线速度对轴承摩擦功耗影响最为显著,高黏度润滑剂下间隙比、比压和轴承直径对轴承摩擦功耗影响变大。

介绍了可倾瓦块的两种结构形式，并分析比较了两种结构形式的适用条件和优缺点，明确了在不同工况参数下可倾轴瓦的设计思路。