在高参数工况下,超临界二氧化碳(以下简称SCO2)动压密封的端面容易发生热弹变形,从而影响动压密封性能,针对该问题,建立了SCO2动压密封热流固耦合数值分析模型。在考虑了粘性耗散的基础上,求解了密封环温度场,采用CO2真实物性数据求解了流体膜压力场,将温度场和流体膜压耦合到密封环上,求解了密封端面的热弹变形;对比研究了热变形和弹变形对热弹总变形的影响,分析了转速、压力和温度对密封端面热弹变形的影响规律,提出了减少热弹变形的方法。研究结果表明SCO2在动压密封高温下宜减小密封环的温差,以减小端面变形,高压下宜采用高弹性模量材料以减小端面变形,高转速下依靠动环热变形与弹性变形互相抑制关系以减小端面热弹总变形;密封环的端面最大轴向间隙与介质温度呈线性关系增大,与压力呈线性关系减小;转速则使其先减小,后增大。

针对刷丝与转子摩擦生热、刷束的局部过热、热量传入轴承腔体等影响机器性能的问题,对柔性丝刷式密封的生热、散热、隔热性能进行了研究。建立了大过盈变阻力柔性丝刷式密封和传统金属丝刷式密封CFD多孔介质数值模型,对比了柔性丝和金属丝刷式密封摩擦生热性能、沿挡板的传热性能、阻碍热量进入轴承腔体的隔热性能,并探究了工况参数和结构参数对刷封隔热性能的影响规律;开展了柔性丝刷式密封摩擦力测量试验和摩擦生热试验。研究结果表明:碳纤维刷式密封摩擦生热较低,沿挡板散热效率较高,对轴承腔的隔热性能较好;增大压差和温度,出口热流量升高,不同转速区间对热流量影响不同,通过增大刷束厚度、降低前、后板间隙会提高隔热性能;试验和数值结果吻合良好,误差为9.4%。

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...