考虑热与变形对油气两相动压密封自振稳定性的影响,建立基于油气两相动压密封自振稳定性数学模型,采用流固热耦合有限元方法,研究油气比、转速、压差和O形圈阻尼等参数对油气两相动压密封受干扰后的轴向、角向自振稳定性能的影响。结果表明:转速较低时轴向自振稳定性较好而角向自振稳定性较差,转速高时两者相反,O形圈阻尼较低时轴向自振稳定性较差而角向自振稳定性较好,O形圈阻尼高时两者相反,因此在极端转速和取极端O形圈阻尼的情况下轴向或角向临界频率较小,不利于油气两相动压密封自振稳定;压差越大轴向临界频率越大,轴向自振稳定性越好,但角向临界频率越小,角向自振稳定性越差;随着两相介质油气比的增大,轴向临界频率减小而轴向临界质量增大,油气比在0.1~0.15时临界频率、质量以及转动惯量较大,密封综合自振稳定性能较好。

针对一定液气比下油气两相动压密封,利用几何软件建模并划分结构化网格,将计算域导入Fluent计算,分析工况参数对密封性能的影响。结果表明:密封泄漏量、开启力和流体膜刚度都随着转速的升高而增大;密封泄漏量、开启力和流体膜刚度都随着压差的增大而增大。

针对一定液气比(0.1~0.3)下油气两相动压密封,利用几何软件建模并划分结构化网格,将计算域导入Fluent计算,分析液气比对密封性能的影响。结果表明:液气比越高,端面流体的动压效应越强,动压密封的气体泄漏量随着液气比的增大而降低,液体泄漏量随着液气比的增大而增大,开启力和流体膜刚度都随着液气比的增大而增大。

为解决高速轴承腔复杂工况下的密封问题,设计了一种柔性丝刷封结构,通过数值模拟和试验验证,研究其在油气两相介质下的密封性能,分析工况参数和结构参数对柔性丝刷封密封性能的影响,基于正交试验法优选出能够提升密封性能的结构参数。结果表明:柔性丝刷封主要通过轴向段刷丝实现降压节流的目的,靠径向段刷丝实现封油,得到了其封严油气两相介质的密封机理。泄漏率随压差升高而升高,随温度、转速升高而降低,高温高压高转速工况下,柔性丝刷封封油能力下降。适当增加刷丝束厚度、过盈量,减小刷丝直径、前板和背板间隙均能对密封性能起到积极作用,得到了结构参数的较优取值范围,确定了结构参数对柔性丝刷封密封性能影响程度的主次顺序和最优结构组合。