浮环微槽动压密封柱面气膜流场数值模拟与试验
发布时间：2021-08-29 09:56
针对目前新一代航空发动机工况日益复杂,致使发动机密封性能不断提升,传统无槽气膜浮环密封已无法满足高参数发动机的密封稳定性要求,常因碰磨而失效。迫切需要一种新型的螺旋槽气膜浮环密封取而代之,旨在槽型动压效应与楔形效应的协同作用下改善浮环密封气膜稳定性,从而达到上浮、增稳与控漏的性能要求。基于此运用流场仿真模拟法、试验测量分析法,研究浮环密封气膜密封性能,两种方法相互印证,验证了新型螺旋槽气膜浮环密封具有性能优、可靠性高的特点。应用CFD流场分析软件研究了窄环微间隙浮环密封性能,对无槽气膜浮环密封和螺旋槽气膜浮环密封内部流场进行对比分析研究。利用SolidWorks软件建立微尺度气膜模型,并将三维几何模型导入ICEM软件进行结构化网格划分,进而利用FLUENT软件对流场进行数值模拟,分别获得两种模型的压力云图,并计算出不同的泄漏量和浮升力。模拟结果表明:随着转速的增大,两种密封结构泄漏量均基本保持不变,而气膜浮升力随转速升高均呈线性增长;且螺旋槽气膜密封的泄漏量总是低于无槽气膜密封,而螺旋槽气膜密封的浮升力却大于无槽气膜密封。这说明转速增大时,螺旋槽气膜的密封性和稳定性均优于无槽气膜密封。...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
迷宫密封
工程硕士学位论文3刷式密封具有多孔介质特性，流体射流到刷丝束时，一部分流过多孔介质刷丝渗流到下一级密封腔，另一部分则回流形成漩涡流，将动能转换为热能，流体流过刷丝束后的压力下降，有效阻止泄漏，提高密封效果。但由于刷式密封是一种接触式密封，因此在气流力和摩擦力的共同作用下，刷丝会刚化而折断，且会磨损，影响其使用寿命。图1.2刷式密封结构示意图1.2.3浮环密封浮环密封结构较为简单，如图1.3所示，其主体部分仅有浮环、轴套、定位销及压紧弹簧组成，检修方便、密封可靠、运用于高速、高温的场合，但其间隙为微间隙，所以加工安装精度较高。其工作原理：类似于气体径向轴承[18]，当轴旋转时，带动流体进入环与轴（轴套）形成的楔形间隙中，形成一层承压的流体膜，迫使环上趋向同心。当浮升力与摩擦力等阻力平衡时，浮环与轴有一定的偏心距，依靠流动节流阻力达到密封的目的。浮环密封早期是在压缩机轴端密封中使用，是用油封气，通过油膜力浮起密封环，在运行过程中形成楔形间隙，从而节流降压，达到密封的目的。随着密封的发展，浮环密封也被应用在航空发动机润滑油密封中，但是用气封油，通过气膜力浮起密封环，实现密封。但由于气体粘性较低，其楔形动压效果不如液体膜，因而常常应浮力不足而碰磨失效。图1.3浮环密封结构示意图
工程硕士学位论文3刷式密封具有多孔介质特性，流体射流到刷丝束时，一部分流过多孔介质刷丝渗流到下一级密封腔，另一部分则回流形成漩涡流，将动能转换为热能，流体流过刷丝束后的压力下降，有效阻止泄漏，提高密封效果。但由于刷式密封是一种接触式密封，因此在气流力和摩擦力的共同作用下，刷丝会刚化而折断，且会磨损，影响其使用寿命。图1.2刷式密封结构示意图1.2.3浮环密封浮环密封结构较为简单，如图1.3所示，其主体部分仅有浮环、轴套、定位销及压紧弹簧组成，检修方便、密封可靠、运用于高速、高温的场合，但其间隙为微间隙，所以加工安装精度较高。其工作原理：类似于气体径向轴承[18]，当轴旋转时，带动流体进入环与轴（轴套）形成的楔形间隙中，形成一层承压的流体膜，迫使环上趋向同心。当浮升力与摩擦力等阻力平衡时，浮环与轴有一定的偏心距，依靠流动节流阻力达到密封的目的。浮环密封早期是在压缩机轴端密封中使用，是用油封气，通过油膜力浮起密封环，在运行过程中形成楔形间隙，从而节流降压，达到密封的目的。随着密封的发展，浮环密封也被应用在航空发动机润滑油密封中，但是用气封油，通过气膜力浮起密封环，实现密封。但由于气体粘性较低，其楔形动压效果不如液体膜，因而常常应浮力不足而碰磨失效。图1.3浮环密封结构示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]Leakage performance of floating ring seal in cold/hot state for aero-engine[J]. Guoqing LI,Qian ZHANG,Enliang HUANG,Zhijun LEI,Hongwei WU,Gang XU. Chinese Journal of Aeronautics. 2019(09)
[2]考虑刷丝变形的后夹板结构对刷式密封泄漏和传热特性影响的研究[J]. 马登骞,张元桥,李军,晏鑫. 西安交通大学学报. 2019(09)
[3]柱面螺旋槽干气密封微尺度流场数值模拟[J]. 丁雪兴,苗春昊,张伟政,陆俊杰. 兰州理工大学学报. 2019(02)
[4]高温镶装式浮环密封的径向间隙研究[J]. 马利军,李双喜,蔡纪宁,马文杰. 润滑与密封. 2018(06)
[5]航空发动机密封技术研究[J]. 王泓然,张栋善. 科学咨询（科技·管理）. 2018(06)
[6]柱面螺旋槽干气密封微尺度流动场稳态近似计算[J]. 丁雪兴,贺振泓,张伟政,陆俊杰,苗春昊. 应用力学学报. 2018(01)
[7]柱面螺旋槽气膜密封微尺度流动场稳态特性分析[J]. 丁雪兴,贺振泓,张伟政,陆俊杰,苗春昊. 化工学报. 2018(04)
[8]柱面气膜密封性能的CFD数值分析[J]. 苏泽辉,刘美红. 润滑与密封. 2016(09)
[9]蜂窝密封泄漏特性理论与实验[J]. 孙丹,王猛飞,艾延廷,肖忠会,孟继纲,李云. 航空学报. 2017(04)
[10]T型槽柱面气膜密封CFD数值分析[J]. 苏泽辉,刘美红. 流体机械. 2016(07)
博士论文
[1]高温微气体动压轴承非等温气膜动力特性及箔片固体润滑涂层研究[D]. 张学清.重庆大学 2016
[2]高速静压气体轴承—转子系统的特性研究[D]. 于贺春.大连海事大学 2011
硕士论文
[1]碳纤维刷式密封性能计算方法及泄漏特性研究[D]. 赵蕊.西安理工大学 2019
[2]迷宫密封封严机理与新型抑振密封结构研究[D]. 卢江.沈阳航空航天大学 2019
[3]激光加工微凹坑轴表面对唇形密封泵吸效应与摩擦特性的影响[D]. 董慧芳.合肥工业大学 2012
本文编号：3370434
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
迷宫密封
工程硕士学位论文3刷式密封具有多孔介质特性，流体射流到刷丝束时，一部分流过多孔介质刷丝渗流到下一级密封腔，另一部分则回流形成漩涡流，将动能转换为热能，流体流过刷丝束后的压力下降，有效阻止泄漏，提高密封效果。但由于刷式密封是一种接触式密封，因此在气流力和摩擦力的共同作用下，刷丝会刚化而折断，且会磨损，影响其使用寿命。图1.2刷式密封结构示意图1.2.3浮环密封浮环密封结构较为简单，如图1.3所示，其主体部分仅有浮环、轴套、定位销及压紧弹簧组成，检修方便、密封可靠、运用于高速、高温的场合，但其间隙为微间隙，所以加工安装精度较高。其工作原理：类似于气体径向轴承[18]，当轴旋转时，带动流体进入环与轴（轴套）形成的楔形间隙中，形成一层承压的流体膜，迫使环上趋向同心。当浮升力与摩擦力等阻力平衡时，浮环与轴有一定的偏心距，依靠流动节流阻力达到密封的目的。浮环密封早期是在压缩机轴端密封中使用，是用油封气，通过油膜力浮起密封环，在运行过程中形成楔形间隙，从而节流降压，达到密封的目的。随着密封的发展，浮环密封也被应用在航空发动机润滑油密封中，但是用气封油，通过气膜力浮起密封环，实现密封。但由于气体粘性较低，其楔形动压效果不如液体膜，因而常常应浮力不足而碰磨失效。图1.3浮环密封结构示意图
工程硕士学位论文3刷式密封具有多孔介质特性，流体射流到刷丝束时，一部分流过多孔介质刷丝渗流到下一级密封腔，另一部分则回流形成漩涡流，将动能转换为热能，流体流过刷丝束后的压力下降，有效阻止泄漏，提高密封效果。但由于刷式密封是一种接触式密封，因此在气流力和摩擦力的共同作用下，刷丝会刚化而折断，且会磨损，影响其使用寿命。图1.2刷式密封结构示意图1.2.3浮环密封浮环密封结构较为简单，如图1.3所示，其主体部分仅有浮环、轴套、定位销及压紧弹簧组成，检修方便、密封可靠、运用于高速、高温的场合，但其间隙为微间隙，所以加工安装精度较高。其工作原理：类似于气体径向轴承[18]，当轴旋转时，带动流体进入环与轴（轴套）形成的楔形间隙中，形成一层承压的流体膜，迫使环上趋向同心。当浮升力与摩擦力等阻力平衡时，浮环与轴有一定的偏心距，依靠流动节流阻力达到密封的目的。浮环密封早期是在压缩机轴端密封中使用，是用油封气，通过油膜力浮起密封环，在运行过程中形成楔形间隙，从而节流降压，达到密封的目的。随着密封的发展，浮环密封也被应用在航空发动机润滑油密封中，但是用气封油，通过气膜力浮起密封环，实现密封。但由于气体粘性较低，其楔形动压效果不如液体膜，因而常常应浮力不足而碰磨失效。图1.3浮环密封结构示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]Leakage performance of floating ring seal in cold/hot state for aero-engine[J]. Guoqing LI,Qian ZHANG,Enliang HUANG,Zhijun LEI,Hongwei WU,Gang XU. Chinese Journal of Aeronautics. 2019(09)
[2]考虑刷丝变形的后夹板结构对刷式密封泄漏和传热特性影响的研究[J]. 马登骞,张元桥,李军,晏鑫. 西安交通大学学报. 2019(09)
[3]柱面螺旋槽干气密封微尺度流场数值模拟[J]. 丁雪兴,苗春昊,张伟政,陆俊杰. 兰州理工大学学报. 2019(02)
[4]高温镶装式浮环密封的径向间隙研究[J]. 马利军,李双喜,蔡纪宁,马文杰. 润滑与密封. 2018(06)
[5]航空发动机密封技术研究[J]. 王泓然,张栋善. 科学咨询（科技·管理）. 2018(06)
[6]柱面螺旋槽干气密封微尺度流动场稳态近似计算[J]. 丁雪兴,贺振泓,张伟政,陆俊杰,苗春昊. 应用力学学报. 2018(01)
[7]柱面螺旋槽气膜密封微尺度流动场稳态特性分析[J]. 丁雪兴,贺振泓,张伟政,陆俊杰,苗春昊. 化工学报. 2018(04)
[8]柱面气膜密封性能的CFD数值分析[J]. 苏泽辉,刘美红. 润滑与密封. 2016(09)
[9]蜂窝密封泄漏特性理论与实验[J]. 孙丹,王猛飞,艾延廷,肖忠会,孟继纲,李云. 航空学报. 2017(04)
[10]T型槽柱面气膜密封CFD数值分析[J]. 苏泽辉,刘美红. 流体机械. 2016(07)
博士论文
[1]高温微气体动压轴承非等温气膜动力特性及箔片固体润滑涂层研究[D]. 张学清.重庆大学 2016
[2]高速静压气体轴承—转子系统的特性研究[D]. 于贺春.大连海事大学 2011
硕士论文
[1]碳纤维刷式密封性能计算方法及泄漏特性研究[D]. 赵蕊.西安理工大学 2019
[2]迷宫密封封严机理与新型抑振密封结构研究[D]. 卢江.沈阳航空航天大学 2019
[3]激光加工微凹坑轴表面对唇形密封泵吸效应与摩擦特性的影响[D]. 董慧芳.合肥工业大学 2012
本文编号：3370434
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