气液混相回流泵送动压密封启动过程性能研究
发布时间：2021-07-29 19:48
气液混相回流泵送动压密封（G-LRPS）因润滑效果好、泄漏率小等优点,较适用于航空发动机等高速设备。但其启动过程属于危险运行工况,易发生失效事故。本研究以提升该密封的开启性能为目标,采用数值模拟和试验分析相结合的方法研究其启动过程中的泄漏特性、温度特性以及摩擦磨损特性。首先利用有限元法分别建立流体域分析模型、热分析模型和结构分析模型,分析启动过程的密封端面质量流量、密封环温度场和密封环变形的演变规律。结果表明G-LRPS启动过程中泄漏量的演变规律为增大后减小再负值减小,温度先增大后减小并逐渐平稳。离心力和温度对密封环变形的影响能互相制约,这使得密封环的变形可控。基于流体域模型和热分析模型,进一步分析启动过程中密封泄漏特性及温度特性。详细探讨了密封端面各部分结构和介质相态对密封泄漏量的影响机制,并对数值模拟结果进行试验验证。结果显示G-LRPS启动过程中螺旋槽结构对回流泵送动压效应起决定性因素,泄漏主要发生在螺旋槽部位,且以气体为主,有效实现了气封液的目的。通过启动过程的泄漏和温度试验,剖析密封启动过程的状态及特点,探索泄漏特性和温度特性与G-LRPS端面开启性能之间的潜在关系。研究发现...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：127 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１动压密封结构对比??Ｆｉｇ．１－１?Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ?ｓｅａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ??根据动压槽〃８］的划分种类很多，可根据槽型、开槽位置、转向、槽深等划分
究??了浸溃石墨的摩擦学性能，但是尚未清楚地研究摩擦温度对摩擦学性能的影响和转移??摩擦膜的形成机理。??１．４研究内容??气液混相回流泵送动压密封的启动过程性能包含泄漏特性、温度特性和摩擦磨损??特性，基于以上三种性能的研宄和深入发掘可以得到气液混相回流泵送动压密封的开??启性能。优越的气液混相回流泵送动压密封的开启性能应满足开启易、摩擦少、泄露??孝温升低等要求，同时基于开启性能分析能够得到开启过程表征方法、优选结构参??数及材料组对。以此为目标展开本文的研究，具体研究路线如图１－４所示，研究内容??如下：??ｆ气液混相回流泵送动压密封启动过程性能研究??，?ｔ：￣：?＂，?、＇?＿■…１?＿?＋???：：｜?数值模拟?｜?｜启动过程性能?｜?试验研究??！．—?流场分析模型一黑｜｜赁－４－？｜?｜泄漏少｜?［？－泄漏特性＾??泄漏特性试验??Ｔ?｜???Ｉ?Ｉ??／导入黏性７?１１膜厚变化Ｉ丨—｜温升低｜?温度特性＾?演变曲线卜温度特性试验??／?剪切热?／?＇＇?Ｉ?：：?；??ｙ￣????Ｕ??Ｕ????｜?摩擦功耗?｜｜?Ｉ?１?（??温度场齡析模型一蠢｜雜＾?｜１?＾?１１?ｆ?＾?Ｉ?＿磨腦ｒ??Ｉ?Ｉ?；?Ｉ?丨＿?＿■■?一二－丨?＿?■?■?—ｊ?Ｉ?Ｉ??ｉ???ｉ?启动过程密封｜?丨丨启动ａ程摩丨??：Ｖ导入流体／导入密封?／?：?Ｍ?如口士又?端面低速接触一深入－？擦磨损机理??：／?反压／环温度场／?丨剧祝Ｉ?ｒ???｜｜运验?｜｜?ｍ％??｜?｜?１?｜?开启特性?￥?｜?：?Ｉ???１??｜?｜摩擦温升低
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【参考文献】：
期刊论文
[1]影响三瓣式高速浮环密封性能的敏感参数[J]. 李庆展,李双喜,郑娆,马文杰,庄宿国. 北京航空航天大学学报. 2020(03)
[2]上游泵送机械密封热-流固耦合建模与性能分析[J]. 黄伟峰,潘晓波,王子羲,郭飞,刘莹,李永健,刘向锋. 清华大学学报(自然科学版). 2020(07)
[3]螺旋槽旋转密封瞬态启停工况动态特性分析[J]. 赵一民,张斌,单红波,柳春旺,刘丁华. 润滑与密封. 2019(07)
[4]高速动压密封的气液两相性能对比分析和试验[J]. 李庆展,郑娆,李世聪,陈炼,李双喜. 哈尔滨工业大学学报. 2019(07)
[5]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)
[6]机械密封用炭石墨材料摩擦磨损性能研究[J]. 朱振国,王硕,任勇,王天博,白朔,吴峻峰. 炭素技术. 2017(06)
[7]基于APDL的机械密封环温度场分析[J]. 文华斌,胡光忠,陶静,王维慧,杨先超,文赫荔. 润滑与密封. 2017(12)
[8]机械密封流体动压槽加工工艺技术研究进展[J]. 毛文元,宋鹏云,邓强国,许恒杰. 润滑与密封. 2017(11)
[9]Friction Characteristics of Impregnated and Non-Impregnated Graphite against Cemented Carbide under Water Lubrication[J]. Gaolong Zhang,Ying Liu,Fei Guo,Xiangfeng Liu,Yuming Wang. Journal of Materials Science & Technology. 2017(10)
[10]铜基石墨密封材料的摩擦磨损性能研究[J]. 张鹏鹏,赵伟刚,董光能. 西安交通大学学报. 2017(09)
博士论文
[1]高温高速旋转轴接触式密封材料研制及其密封性能研究[D]. 孙健伟.哈尔滨工业大学 2014
硕士论文
[1]低温易汽化介质雷列槽非接触式密封性能的研究[D]. 雷晨辉.北京化工大学 2018
[2]油气两相回流泵送密封的性能研究[D]. 李欢.北京化工大学 2017
[3]基于分形理论的干气密封环摩擦磨损数值模拟[D]. 张正棠.兰州理工大学 2016
[4]斯特林发动机密封材料研制及摩擦学性能研究[D]. 王月.兰州理工大学 2013
[5]氧化铝基陶瓷密封环涂层磨损性能研究[D]. 闵捷.大连海事大学 2013
本文编号：3309944
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：127 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１动压密封结构对比??Ｆｉｇ．１－１?Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ?ｓｅａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ??根据动压槽〃８］的划分种类很多，可根据槽型、开槽位置、转向、槽深等划分
究??了浸溃石墨的摩擦学性能，但是尚未清楚地研究摩擦温度对摩擦学性能的影响和转移??摩擦膜的形成机理。??１．４研究内容??气液混相回流泵送动压密封的启动过程性能包含泄漏特性、温度特性和摩擦磨损??特性，基于以上三种性能的研宄和深入发掘可以得到气液混相回流泵送动压密封的开??启性能。优越的气液混相回流泵送动压密封的开启性能应满足开启易、摩擦少、泄露??孝温升低等要求，同时基于开启性能分析能够得到开启过程表征方法、优选结构参??数及材料组对。以此为目标展开本文的研究，具体研究路线如图１－４所示，研究内容??如下：??ｆ气液混相回流泵送动压密封启动过程性能研究??，?ｔ：￣：?＂，?、＇?＿■…１?＿?＋???：：｜?数值模拟?｜?｜启动过程性能?｜?试验研究??！．—?流场分析模型一黑｜｜赁－４－？｜?｜泄漏少｜?［？－泄漏特性＾??泄漏特性试验??Ｔ?｜???Ｉ?Ｉ??／导入黏性７?１１膜厚变化Ｉ丨—｜温升低｜?温度特性＾?演变曲线卜温度特性试验??／?剪切热?／?＇＇?Ｉ?：：?；??ｙ￣????Ｕ??Ｕ????｜?摩擦功耗?｜｜?Ｉ?１?（??温度场齡析模型一蠢｜雜＾?｜１?＾?１１?ｆ?＾?Ｉ?＿磨腦ｒ??Ｉ?Ｉ?；?Ｉ?丨＿?＿■■?一二－丨?＿?■?■?—ｊ?Ｉ?Ｉ??ｉ???ｉ?启动过程密封｜?丨丨启动ａ程摩丨??：Ｖ导入流体／导入密封?／?：?Ｍ?如口士又?端面低速接触一深入－？擦磨损机理??：／?反压／环温度场／?丨剧祝Ｉ?ｒ???｜｜运验?｜｜?ｍ％??｜?｜?１?｜?开启特性?￥?｜?：?Ｉ???１??｜?｜摩擦温升低
?北京化工大学硕士学位论文???式中：ｒｇ为槽根半径；０为螺旋线转角；为螺旋角。??密封端面的结构参数、密封环的结构参数、密封环材料属性分别见表２－１、表２－２??和表２－３，表２－４为３００Ｋ下润滑油以及空气的物性参数。??．鳥??＼密封坝区??ＺＶ密封坝直径；￡＞０－端面外径；￡＞ｉ－端面内径；羚螺旋角；ｆｆｌ－旋转方向??图２－２动环端面槽型结构示意图??Ｆｉｇ．２－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｇｒｏｏｖｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｒｏｔａｒｙ?ｒｉｎｇ?ｅｎｄ?ｆａｃｅ??为了排除偶然性，使研究结果准确，共进行了五种结构密封的对比分析，密封端??面结构参数如下，密封环结构示意图如图２－３和图２－４所示：??表２－１密封端面结构参数??Ｔａｂｌｅ?２－１?Ｅｎｄ?ｆａｃｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｏｆ?Ｇ－ＬＲＰＳ??￣＾?外径￣￣＞螺旋角ｐ￣￣槽深心￣１７７？￣槽数％??形式?（＿）内径Ａ?（ｍｍ）?ｃ°）（哗）槽坝比ｙ槽宽比Ｊ?（个）??５１?８４?７１?１５?５?０．７?０．５?１２??５２?８４?７１?１５?５?０．７?０．５?８??５３?８４?７１?１５?１０?０．７?０．５?１２??５４?８４?７１?１５?５?０．８?０．５?１２??５５?８４?７１?２０?５?０Ｊ?０５?１２??表２－２密封结构参数??Ｔａｂｌｅ?２－２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｏｆ?ｓｅａｌ?ｒｉｎｇ?ｏｆ?Ｇ－ＬＲＰＳ??静环?数值?动环?数值?
【参考文献】：
期刊论文
[1]影响三瓣式高速浮环密封性能的敏感参数[J]. 李庆展,李双喜,郑娆,马文杰,庄宿国. 北京航空航天大学学报. 2020(03)
[2]上游泵送机械密封热-流固耦合建模与性能分析[J]. 黄伟峰,潘晓波,王子羲,郭飞,刘莹,李永健,刘向锋. 清华大学学报(自然科学版). 2020(07)
[3]螺旋槽旋转密封瞬态启停工况动态特性分析[J]. 赵一民,张斌,单红波,柳春旺,刘丁华. 润滑与密封. 2019(07)
[4]高速动压密封的气液两相性能对比分析和试验[J]. 李庆展,郑娆,李世聪,陈炼,李双喜. 哈尔滨工业大学学报. 2019(07)
[5]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)
[6]机械密封用炭石墨材料摩擦磨损性能研究[J]. 朱振国,王硕,任勇,王天博,白朔,吴峻峰. 炭素技术. 2017(06)
[7]基于APDL的机械密封环温度场分析[J]. 文华斌,胡光忠,陶静,王维慧,杨先超,文赫荔. 润滑与密封. 2017(12)
[8]机械密封流体动压槽加工工艺技术研究进展[J]. 毛文元,宋鹏云,邓强国,许恒杰. 润滑与密封. 2017(11)
[9]Friction Characteristics of Impregnated and Non-Impregnated Graphite against Cemented Carbide under Water Lubrication[J]. Gaolong Zhang,Ying Liu,Fei Guo,Xiangfeng Liu,Yuming Wang. Journal of Materials Science & Technology. 2017(10)
[10]铜基石墨密封材料的摩擦磨损性能研究[J]. 张鹏鹏,赵伟刚,董光能. 西安交通大学学报. 2017(09)
博士论文
[1]高温高速旋转轴接触式密封材料研制及其密封性能研究[D]. 孙健伟.哈尔滨工业大学 2014
硕士论文
[1]低温易汽化介质雷列槽非接触式密封性能的研究[D]. 雷晨辉.北京化工大学 2018
[2]油气两相回流泵送密封的性能研究[D]. 李欢.北京化工大学 2017
[3]基于分形理论的干气密封环摩擦磨损数值模拟[D]. 张正棠.兰州理工大学 2016
[4]斯特林发动机密封材料研制及摩擦学性能研究[D]. 王月.兰州理工大学 2013
[5]氧化铝基陶瓷密封环涂层磨损性能研究[D]. 闵捷.大连海事大学 2013
本文编号：3309944
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