迷宫密封技术数值仿真及试验研究

发布时间：2017-04-10 23:05

  本文关键词：迷宫密封技术数值仿真及试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：传动装置作为重要传递部件,被广泛应用到各个领域中。其密封结构多采用的是自紧油封密封,在使用过程中,由于高速旋转存在摆差,油封中的油唇磨损严重,易出现润滑油外漏的现象。润滑油的泄漏或被杂质所污染,使装置内的轴承和齿轮因缺油或润滑油使用性能降低而损坏。为保证正常工作,油封密封经常需要更换,并且更换时需停机拆卸,较复杂,大量耗费人力物力。为保证高效工作,需改进密封结构,在该部分采用非接触式的迷宫密封,能减少磨损,降低运行和维护成本。故非接触式的迷宫密封适用于不宜采用自紧油封密封的特殊场合。然而,迷宫密封的转子与静止部件之间如若匹配不合理,会损伤密封件,增加泄漏量,导致更严重的损失。因此深入研究迷宫密封机理,合理设计迷宫密封结构,对于减少泄漏量实现密封来说非常重要。本文以轮边减速器迷宫密封为研究对象,采用Egli、Kearton、Vermes和迭代计算法这四种迷宫密封泄漏量计算方法,计算轮边减速器迷宫密封的泄漏量。另外,采用数值分析方法对迷宫密封的泄漏量进行分析。通过分析迷宫密封的流场分析方法,建立错列式迷宫通道的三维模型。在ANSYS软件建模、使用ICEM-CFD模块划分网格和设置边界条件,运用流体分析模块Fluent对迷宫空腔中的流场和泄漏特性进行研究。通过单一变量法进行数值模拟,得出温度、进出口压比、润滑油粘度、转速和迷宫几何尺寸等因素对迷宫密封泄漏量的影响。研究表明:泄漏量随着润滑油粘度的减小而增大;与压比成正比,而受转速的影响非常小;随着间隙的增加而增加;在一定范围内增大空腔深度能有效减小泄漏量,而随着空腔宽度在一定范围内增大泄漏量几乎没有影响,如继续扩大空腔深度或宽度,都会导致泄漏量增大,且存在一个最佳深宽比值。此外,为了验证数值分析的准确性,搭建了一套可以模拟轮边减速器工作状态下的试验台。在不同转速、密封齿间隙和润滑油高度等条件下,对迷宫密封进行相应的试验验证,将理论和实验结合起来,分析一系列不同条件状态下的泄漏量,观察和记录数据,验证了数值计算方法的可行性和所设计的迷宫密封结构的合理性。为迷宫密封方面的设计提供了参考依据。
【关键词】：油封 迷宫密封 泄漏量 数值分析 流场
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH136
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题的研究背景和意义10-11
• 1.2 迷宫密封简介11-13
• 1.2.1 齿轮箱密封的特点11-12
• 1.2.2 迷宫密封结构型式12-13
• 1.2.3 迷宫密封工作原理13
• 1.3 研究现状13-16
• 1.3.1 迷宫密封的应用14-15
• 1.3.2 迷宫密封的研究方法15
• 1.3.3 迷宫密封内部流场及其影响因素15-16
• 1.4 本文主要研究内容16-18
• 第2章 迷宫密封泄漏量的计算18-31
• 2.1 计算流体力学简介18-23
• 2.1.1 流体的物理特性18-20
• 2.1.2 流体运动的基本概念20-21
• 2.1.3 流体力学控制方程21-23
• 2.2 密封间隙中的流体流动23-25
• 2.3 迷宫密封泄漏量的一般计算方法25-27
• 2.3.1 Egli计算方法25-26
• 2.3.2 Kearton计算方法26-27
• 2.3.3 Vermes计算方法27
• 2.4 迷宫密封泄漏量的迭代计算法27-30
• 2.4.1 数学模型27-28
• 2.4.2 数学模型的简化28-29
• 2.4.3 迭代计算过程29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 迷宫密封的流场计算模型31-37
• 3.1 几何模型与流场计算模型的确定31-32
• 3.1.1 几何模型的确定31-32
• 3.1.2 流场计算模型的确定32
• 3.2 湍流模型32-33
• 3.3 数值模拟计算方法33-36
• 3.3.1 网格划分33-34
• 3.3.2 FLUENT简介34-36
• 3.3.3 边界条件及收敛条件的设置36
• 3.4 本章小结36-37
• 第4章 迷宫密封的三维流场分析37-59
• 4.1 迷宫密封的数值仿真37-41
• 4.1.1 计算模型的建立37-38
• 4.1.2 理论计算和数值模拟对比38-39
• 4.1.3 数值模拟及结果分析方法39-41
• 4.2 润滑油粘度和温度对泄漏量的影响41-43
• 4.2.1 计算模型41-42
• 4.2.2 模拟结果及分析42-43
• 4.3 压比和转速对泄漏量的影响43-44
• 4.3.1 计算模型43
• 4.3.2 模拟结果及分析43-44
• 4.4 迷宫密封间隙对泄漏量的影响44-46
• 4.4.1 计算模型44-45
• 4.4.2 模拟结果及分析45-46
• 4.5 密封腔深度对泄漏量的影响46-51
• 4.5.1 计算模型47
• 4.5.2 模拟结果及分析47-51
• 4.6 密封腔宽度对泄漏量的影响51-55
• 4.6.1 计算模型51-52
• 4.6.2 模拟结果及分析52-55
• 4.7 密封腔深宽比对泄漏量的影响55-58
• 4.7.1 计算模型55-56
• 4.7.2 模拟结果及分析56-58
• 4.8 本章小结58-59
• 第5章 迷宫密封设计和试验验证59-69
• 5.1 迷宫密封结构设计59-60
• 5.2 迷宫密封实验方案设计60-63
• 5.2.1 试验台拟完成的实验内容60
• 5.2.2 实验装置简述60-63
• 5.3 试验验证分析63-68
• 5.3.1 润滑油液面高度对泄漏量的影响63-66
• 5.3.2 转速对泄漏量的影响66-67
• 5.3.3 迷宫密封间隙对泄漏量的影响67-68
• 5.4 本章小结68-69
• 总结与展望69-71
• 参考文献71-74
• 致谢74-75
• 读硕士期间所发表的论文与参与的科研项目75

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