针对浮环密封容易因密封气压力的扰动导致性能不稳定,从而发生故障以致设备停产的问题,对受压力扰动下的浮环瞬态密封稳定性和上浮稳定性进行了研究。采用UDF编程以及Fluent软件,建立了浮环密封气膜瞬态研究模型;通过提取稳态运行时的结果,设定受扰瞬态模拟的初始值,采取调整时间步长的方法使迭代计算结果收敛,同时对比和分析了不同精度网格模拟结果验证其无关性;并进一步地研究了正弦压力扰动下浮环瞬态密封性能及瞬态上浮性能的变化规律,通过分析不同结构参数大小的浮环受扰结果,探究了浮环间隙及节流长度与瞬态稳定性的内在联系。研究结果表明:在正弦压力扰动下,浮环间隙越大瞬态密封稳定性能越差,间隙为0.013 mm时,密封受扰瞬态稳定性最好;浮环节流长度增加,压力扰动下的瞬态泄漏量波动会减小,而瞬态上浮力波动会增大,但当节流长度

针对航空发动机减速器轴承腔上的新型高速气液混相回流泵送密封(GL-RPS)机构,揭示了其开启过程的温度特性。通过建立数值分析模型,分析动压槽槽数、槽深、槽坝比对密封开启力的影响,得到密封开启性能的优选结构参数,基于优选参数进行GL-RPS的开启过程温度特性试验。基于温度特性,从开启状态、开启转速、开启温度和摩擦磨损等角度对比分析了4种密封结构的开启特性。结果表明:在开启过程中,端面温度的变化分为3个明显阶段,分别对应密封端面的3个接触状态,可以有效监测和表征密封开启过程;在密封未开启阶段,端面温度随转速增大而升高;在过渡阶段,端面温度随转速增大逐渐降低,端面温度存在跳跃;在完全开启阶段,端面温度随转速增大基本不变;密封开启转速、过渡阶段转速跨度、开始开启和完全开启时的端面温度差都随压力增大线性增大。得出了

针对在深海湖泊等复杂极端工况下船舶艉轴由于密封端面变形产生过大间隙,导致泄漏的问题,通过建立船舶艉轴热-力耦合分析模型,分析不同工况下,3组典型密封端面材料组对(YNW8-M106D、SiC-M106D、S30408-M106D)的密封环端面温度、应力及变形变化规律;分析海水环境下材料、转速及弹簧比压等主要影响因素及密封端面变形的影响及影响程度和权重。结果表明:转速升高100%,使得密封端面温度、应力及变形增加35%,43%及49%,弹簧比压升高100%,使得密封端面温度、应力及变形增加17%,5%及14%,应限制其最大值,防止密封失效;材料的热膨胀系数及导热系数对密封端面的影响最大,合理选取动静环材料有利于减少端面变形;选取出适合转速400 r/min、弹簧比压0.2工况下的最优材料(Si C-M106D)配对,使得船舶艉轴平衡可靠并长寿命运转。本文的模型和计算方法可为船舶艉轴密封结构的设计

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。

由于船舶密封长期处于复杂工况下,会使其密封性能大幅度下降,针对这一问题,对船舶艉轴密封结构优化设计问题进行了研究。首先,分析了船舶艉轴密封结构原理,并定义了摩擦功耗、密封端面最大变形、泄漏量为密封性能参数;然后,采用有限元方法,建立了船舶艉轴密封性能分析模型,确定了研究路线,通过计算得到了不同结构参数下船舶艉轴密封的密封性能变化规律;最后,采用响应面方法对密封动静环典型结构参数进行了多目标优化,建立了各密封性能参数的目标方程,通过设置各优化目标的满意度,得到了最优典型结构参数;搭建了船舶艉轴密封的实验台,对模拟结果进行了验证。研究结果表明:优化结构相较初始设计结构降低了9.8%的端面变形和5.7%的泄漏量;由此可见,该优化结构能够有效提高船舶密封的密封性能,可以为船舶艉轴密封的设计与优化提供思路。

针对应用于航空发动机的高速气膜镶装式浮环密封,探究密封在不同结构参数、启动方式、材料结合等多因素下的开启性能。建立镶装环-石墨环-跑道的固体域模型和气膜流体域模型,得到了工作气膜厚度、气膜流场压力分布;计算密封受力,得到了密封上浮力、闭合力和开启转速等密封开启性能参数。分析镶装环与石墨环的厚度比和宽度比、镶装环-石墨环配对材料、镶装环-跑道配对材料等因素对密封开启转速的影响。搭建浮环密封试验台和浮环位移监测系统,通过试验验证了数值模拟结果。研究结果表明:浮环的镶装结构能有效改善升温时石墨环与跑道间隙减小而导致密封失效的问题;镶装环材料是影响密封开启性能的敏感参数,密封开启性能随材料线膨胀系数的升高而快速降低;镶装环与跑道的材料配对情况是影响密封开启性能的重要因素,镶装环与跑道材料

针对螺旋密封临界密封能力受结构参数影响大,且螺旋密封的各结构参数相互耦合导致密封设计难度大的问题,建立了螺旋密封数值模型,计算了密封的速度场、压力场和临界密封能力,分析了螺旋密封不同结构参数对密封能力影响规律并从对密封能力的影响以及设计制造难易的角度筛选结构敏感参数。通过对试验数据的拟合处理,得到了针对密封偏心情况的临界密封能力修正公式;利用Matlab优化工具箱中的fmincon函数对螺旋密封临界密封能力修正公式进行优化求解。研究得到了齿顶间隙、螺纹齿高、相对槽宽对螺旋密封性能的影响规律并判断螺纹齿高、相对槽宽为螺旋密封结构敏感参数;提出了一种密封结构参数优化方法,该方法优化得到螺旋密封在螺旋角α=18.5°,螺纹齿高h=0.45 mm,相对槽宽K1=0.5,齿顶间隙s=0.05 mm时螺旋密封具有最优的密封能力与模拟和试验结果相

为明确气相介质和液相介质分别对高速流体动压密封性能的影响,进行两种相态的密封性能对比分析与试验研究.分别建立动压密封端面流体域的气相和液相数值分析模型,分析转速、压差、槽深、槽数、槽坝比等操作参数和端面结构参数对动压密封气相和液相的泄漏量、开启力等性能的影响.自主研制动压密封试验装置,进行变转速、变压差和密封端面磨损试验,得出了转速、压差等操作参数对密封气相泄漏率、液相泄漏率和端面磨损率的影响.数值模拟和试验研究结果表明:相同的转速和压力时,液相密封开启力和泄漏量都比气相密封更大;不同结构参数下,气相和液相密封开启力均有极大值,气相密封和液相密封开启力达到极大值的最优结构参数有所不同,液相密封的最优槽坝比、最优槽数较气相密封小,液相密封开启转速较气相密封低,说明液相动压密封比气相