螺旋槽动压型口环密封动力特性及泵转子稳定性研究

发布时间：2020-11-15 14:48

　　 环形密封是泵、水轮机等流体机械中广泛存在的局部结构,是关系到流体机械效率及性能的关键部位。泵口环密封作为环形密封的典型结构,主要通过尽可能小的圆柱形间隙达到满足动静部件配合和减少高压侧介质向低压侧泄漏的目的。随着工艺水平的不断提高,口环间隙可以做得越来越小,有效提高了泵的容积效率,但口环间隙的状态与泵转子运转稳定性直接相关,如何使口环相对运动的两圆柱面保持非接触,以避免碰撞、磨损等已成为急需深入研究的突出问题。为此,提出微尺度条件下“密封坝+短螺旋浅槽”动压型口环结构,简称螺旋槽动压型口环,并以此为研究对象,采用数值模拟计算方法,分别针对螺旋槽动压型口环的密封性能和动力特性进行研究,并进一步探究其对转子临界转速和稳定性的影响。论文的主要研究内容及结论如下:1、介绍了螺旋槽动压型口环密封动力学模型的建立过程,探讨了口环间隙流体流动状态,进行了网格无关性检验和计算模型可靠性验证,采用层流和湍流模型分别模拟分析了不同转速及偏心距条件下,短螺旋槽对口环密封的间隙流场压力分布、主刚度特性、支反力、偏位角,以及泄漏量和摩擦转矩等动力特性及密封性能的影响规律。2、建立了螺旋槽动压型口环密封偏心涡动时的动力学模型,采用多旋转坐标系法,稳态求解了螺旋槽动压型口环密封动力特性系数,并与光滑口环进行对比,研究了不同间隙大小、进出口压差、转速条件下的刚度和阻尼系数的变化规律及内在机理。3、建立了转子系统动力学模型,以某冷凝水泵的轴系为例,利用有限元软件SAMCEF ROTOR进行转子动力学特性分析,采用动力学特性系数线性耦合的方法分析了口环密封对转子系统动力特性的影响,分别对转子系统的“干态”和“湿态”进行计算,研究螺旋槽动压型口环对轴系临界转速和稳定性的影响规律,并具体分析了螺旋槽动压型口环不同位置所产生的影响效果。研究结果显示,无论采用层流模型还是湍流模型,均能获得类似的螺旋槽动压型口环密封动力特性和密封性能,螺旋槽会产生动压效应和泵送效应,在槽台侧尖角处产生低压区,槽坝侧尖角处产生高压区;转子偏心时,螺旋槽能增大口环间隙主刚度和支反力,降低偏位角,从而提高转子对中性能,大幅降低泄漏量,且对摩擦转矩的影响可以忽略。对于口环动力特性系数,间隙越小,动力学特性系数越大,螺旋槽在小间隙下影响较大,并使主刚度系数及交叉阻尼系数增大;螺旋槽口环刚度系数的绝对值随口环两侧压差增大而减小,但阻尼系数受压差影响较小,压差越大,螺旋槽口环刚度系数越趋向于光滑口环刚度系数;转速对螺旋槽口环动力特性系数影响较大,主刚度系数和主阻尼系数随转速增大而增大,交叉阻尼系数随转速增大先增大后略有减小。针对本文冷凝水泵轴系,采用螺旋槽动压型口环并不会改变泵转子原有的各阶振型,但与光滑口环相比,可使前四阶临界转速增大,其中正向涡动的二阶和四阶增幅更大,同时五、六阶最大振幅会随螺旋槽动压型口环主刚度的增加而减小;二阶正向涡动时的最大振幅随转速的增加而减小,其减小幅度随螺旋槽口环处刚度的增加而加大;第一级叶轮使用螺旋槽动压型口环时对转子一、二阶临界转速影响最大,但螺旋槽动压型口环在不同位置的叶轮中使用对整轴最大振幅的影响不大。本文研究内容和结论将为液体环形密封动力特性和密封性能以及转子系统动力学特性的理论研究及工程分析提供依据和支撑。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH38
【部分图文】：

图 1.1 多级离心泵中典型环形密封结构g.1.1 Typical annular seal structure in multi-stage centrifugal p产生的环形间隙流动一方面会造成容积损失，降低径向力，从而对泵转子的动力特性产生影响。195

（a）人型槽 （b）螺旋槽 （c）齿型槽 （d）阶梯型 （e）交错型图 1.2 环形密封曲面造型Fig.1.2 Annular seal cylindrical modeling以上各类阻尼密封主要在较大间隙条件下使用，通过开设深槽以达到增加流道复

图 1.3 短螺旋槽动压型口环密封结构 of the short spiral-grooved dynamic pre的应用研究现状中应用广泛，如螺旋槽丝锥、螺旋
【参考文献】

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本文编号：2884875