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

普通接触式环瓣浮环密封高速下不开启易造成磨损失效,动压式环瓣浮环一定转速下径向开启并保持无摩擦无磨损稳定运行,具有较好的应用前景。建立动压式环瓣浮环密封固体域及流场数值计算模型,计算开启阻力、开启力、泄漏率及温升,分析动压槽结构参数对密封开启的影响,讨论密封性能随槽型参数的变化趋势。基于数值分析优化参数,试验验证开槽前后密封的泄漏率及温升,讨论不同开启情况下密封的磨损特性。结果表明:优化的动压槽能明显改变主密封间隙中的压力分布,提高流体动压力,实现开启,使密封高速下稳定无摩擦运转并保持较低的泄漏率,大幅度降低摩擦温升,改善密封的摩擦磨损。动压槽最佳深度宜为3~5μm,密封具有较大的开启力;槽宽增大开启力先增大后变缓,过大的槽宽对提高开启力不明显;工作压力增加,密封开启难度增加,可通过增加槽数

针对机械密封在高速干摩擦状态下,因设计不当产生端面过度变形和磨损而引起的密封失效问题,建立了热-结构耦合数值计算模型,分析了密封的温度场和端面变形。试验测试了静环温升,分析了动静环端面特征,探讨了高速干摩擦状态下的磨损机制。研究结果表明:建立的有限元模型能准确地预测密封的温度和端面变形,计算值和试验值相差小于11%;密封端面峰值温度对转速更敏感,随着运转时间的延长,温度先迅速增加后逐渐变缓;静环易产生锥度变形,造成端面接触压力和磨损不均匀,静环座的“匡正”作用能够改善这类变形;摩擦转移膜的存在状态对密封的温升、端面粗糙度起关键作用,动环表面喷涂Cr2O3等金属氧化物,能较好地保持致密的石墨转移膜,减轻密封的磨损。研究结果为机械密封的设计、优化和应用提供了基础。

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