刷式密封在密封过程中会产生的大量摩擦热,影响到其密封性能,针对这一问题,采用数值分析的方法,研究了进出口静压比与背板结构对刷式密封传热特性的影响规律。首先,采用ANSYS软件建立了刷式密封的三维切片热分析模型,通过与实验数据对比验证了该模型的合理性;然后,研究了进出口静压比对刷式密封泄漏量以及刷式密封最高温度的影响,分析了刷式密封的压力场与流场分布情况;最后,在热分析基础上,对刷式密封温度场的分布情况进行了模拟分析,通过改变背板平衡腔的腔体形状、背板平衡腔体深度和下游保护高度,研究了背板结构对刷式密封温度场的影响规律。研究结果表明:随着进出口静压比的增加,刷式密封泄漏量以及刷式密封最高温度变化趋势逐渐变缓;平衡腔的腔体形状改变对刷式密封最高温度的影响有限;刷式密封最高温度随平衡腔体深度的...

建立包含转子的刷式密封三维理想切片模型,通过商用ANSYS系列软件计算了不同工况条件下刷式密封与转子的温度场分布情况,在热分析基础上进行了刷式密封热-结构耦合分析。结果表明随着上下游压差增大,刷式密封泄漏量逐渐增大,刷式密封泄漏量随着转子转速的增加呈微弱的下降趋势;在工作开始阶段的温升过程中,刷式密封的最高温度随着工作时间的增加而增加,最终达到稳定;刷丝与高速运转的转子间主要存在粘着磨损,随着时间的增加,刷丝的磨损量增加,磨损率降低。

柱面气膜密封常因转子系统所形成的振动和位移导致动环与浮环产生碰磨而破裂。为了探索柱面气膜密封新型柔性支承结构,使用SoildWorks软件建立流固耦合模型,应用有限元分析软件ANSYS对T型槽柱面气膜密封结构的气膜流场和柔性支承系统固体场进行流固耦合分析。通过定量分析鼓泡高度、半径及平箔厚度、结构材料等参数对柔性支承结构的影响,选取了合适的柔性支承结构参数,并为支承结构材料选择提供参考。研究结果表明,采用鼓泡型柔性支承结构提高了柱面气膜密封的稳定性,同时也提高了柱面气膜密封对冲击和振动的承受能力。

运用灰色预测理论,根据已有试验测得的刷丝磨损量数据,建立刷式密封刷丝磨损量的灰色预测模型,估算刷式密封件的使用寿命,并进行了试验验证。试验结果表明:灰色模型预测具有可行性且具有良好的预测精度及,3种试验工况下工作500 min时的刷式密封磨损量进行预测对比,最大相对残差为1.57%,最大绝对残差为0.16 mm~3,对后续刷式密封装置的稳定运行、修理和更换具有一定的参考意义。

柔性箔柱面气膜密封是一种可适应氢气压缩机高速转子大变形的密封结构新形式,该密封结合了气膜楔形动压和箔片柔性来实现高性能密封,但是目前高速环境下紊流与表面形貌的相互关联机制对柔性箔柱面气膜密封性能的影响规律缺失,因此本文以表面粗糙度为主要考量因素进行周期性分析计算,并设计了不同表面粗糙度变化对高转速柔性箔密封性能启停循环实验的影响。研究结果表明,当表面形貌不规则度越高,中性面产生的压力波动越大;泄漏率和气浮力随着表面粗糙度的增加而增加,动态特性系数气浮刚度则呈下降趋势,因而气膜稳定性降低;循环周期实验下,气膜密封存在迟滞现象,表面形貌的不规则越高,密封迟滞能越大,另外,受弹性元件、系统摩擦与转速瞬态变化的影响,柔性箔柱面气膜密封会出现反迟滞现象。

为了分析T型槽柱面气膜密封性能,建立了多种数值模型。采用CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟对T型槽柱面气膜密封气膜刚度、浮升力和泄漏率的影响因素进行了研究。研究结果表明:泄漏率受平均气膜厚度影响非常显著,平均气膜厚度增大30μm,泄漏率增大4.5×10-4kg/s,气膜偏心率次之,气膜轴向长度对泄漏率的影响较弱。浮升力受气膜轴向长度的影响较显著,气膜轴向长度增大1倍,浮升力亦增大近1倍,平均气膜厚度对浮升力影响次之,气膜偏心率对浮升力的影响不明显。气膜刚度受平均气膜厚度的影响较大,气膜轴向长度和气膜偏心率对气膜刚度的影响依次减弱。

基于三维SolidWorks软件建立柱面气膜悬臂式柔性支撑结构模型,分析柔性支撑结构对柱面气膜密封结构稳定性的影响;采用单向流固耦合的仿真方法,研究悬臂支撑板厚度、支撑结构材料、悬臂支撑数量,以及气膜操作参数转速和压差,对悬臂式柔性支撑结构和浮环的最大变形、最大应力应变有影响。结果表明:随悬臂支撑板厚度增大,平均变形量和平均等效应力减小;随悬臂支撑板数量增加,最大变形量逐渐减小,最大等效应力先增大后减小;研究的铝合金、铍青铜、不锈钢及钛合金4种悬臂支撑板中,不锈钢材料悬臂支撑板的最大变形量最小,承受的最大等效应力最大;随着转速和压差的增加,悬臂支撑板最大变形量以及最大等效应力均逐渐增加。在研究范围内,柔性支撑结构可以减小浮环的变形量,浮环变形量小于最小气膜厚度,保证了密封结构稳定运行。

为揭示刷式密封的迟滞规律,针对其结构特点,采用有限元方法分析了刷式密封系统动力学参数和结构工况参数之间的关系,在刷丝受力分析的基础上建立刷式密封系统质量—弹簧—阻尼等效动力学模型,研究了结构和工况参数对迟滞量、迟滞率和迟滞时间的影响规律,并进一步分析了结构参数对刷式密封迟滞特性影响的灵敏度。研究结果表明:迟滞量和迟滞率随刷丝直径的增大而减小,随刷丝长度、刷丝排列角度、后挡板保护高度的增大而增大;后挡板保护高度对迟滞时间没有影响。结构参数对迟滞量影响的灵敏度由小到大依次为后挡板保护高度、刷丝直径、刷丝排列角度、刷丝长度。将难以分析的数值模型转化为可控数值计算的研究方法,可为刷式密封的多目标结构优化研究提供一种新的研究思路。

采用数值模拟的方法求解柱面气膜密封的气膜压力以及其性能参数，并把本文的结果和参考文献中的求解结果进行比较，两者结果相似，从而验证本文程序的正确性。在不同偏心率下，绘制柱面气膜密封的气膜反力和偏位角随操作参数的变化规律曲线，并分析了各种操作参数对柱面气膜密封性能影响的大致规律。

阐述了柱面气膜密封的性能特点,用Proe建立了无槽模型、T型槽模型,用专业网格划分软件Hypermesh划分网格,在Fluent中分析了操作参数对2种柱面气膜密封的影响,结果表明T型槽结构具有更好的动压效应,转速、介质粘度和压差等操作参数对柱面气膜密封性能有较大影响。