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端柱面组合气膜密封系统稳态特性数值模拟与分析

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航空动力学报 2015年第1期30卷 22-28页

作者：马纲罗先海沈心敏北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191

针对端柱面组合气膜密封系统建立稳态特性的分析模型,给出基于有限元数值方法求解气膜压力分布的数值模拟方法和流程,实现端面、柱面区域的耦合求解,进而给出了端柱面组合气膜密封系统稳态特性数值模拟计算的方法.通过与Fluent软件仿真... 详细信息

针对端柱面组合气膜密封系统建立稳态特性的分析模型,给出基于有限元数值方法求解气膜压力分布的数值模拟方法和流程,实现端面、柱面区域的耦合求解,进而给出了端柱面组合气膜密封系统稳态特性数值模拟计算的方法.通过与Fluent软件仿真结果的比较验证数值模拟方法的正确性.重点研究膜厚与旋转轴转速对端柱面组合气膜密封系统稳态特性(端面气膜反力、柱面气膜反力、泄漏量、摩擦转矩)的影响,计算分析表明:随着膜厚的增加,泄漏量增加、摩擦转矩减小;随着端面膜厚的增加,端面气膜反力缓慢减小、柱面气膜反力出现极值;随着柱面膜厚的增加,端面气膜反力和柱面气膜反力都在减小;柱面膜厚对稳态特性的影响大于端面膜厚.端柱面结构中密封气膜压力的耦合对密封特性影响显著,稳态特性数值模拟方法的实现为动态特性分析提供了基础.

关键词：气膜密封气膜压力分布稳态特性耦合求解端柱面组合气膜密封

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气膜密封可控性及远程监控系统研究

气膜密封可控性及远程监控系统研究

作者：蔡厚振中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

为实现非接触式气膜密封现场运行状态监测调控及密封运行数据远程共享,本文在综合分析机械密封可控性及密封监控领域研究现状的基础上,主要从以下三个方面进行了探索。首先,从直接控制密封端面变形形貌出发,针对高参数非接触式螺旋槽气... 详细信息

为实现非接触式气膜密封现场运行状态监测调控及密封运行数据远程共享,本文在综合分析机械密封可控性及密封监控领域研究现状的基础上,主要从以下三个方面进行了探索。首先,从直接控制密封端面变形形貌出发,针对高参数非接触式螺旋槽气膜密封在运行过程中端面变形严重的现象,利用Ansys Workbench软件计算分析密封动静环端面轴向热变形、力变形及变形锥度情况。提出利用在静环内部设置液压腔体的方法实现气膜密封端面变形锥度的在线调控,并通过数值模拟检验该方法的有效性。模拟结果表明该调节方法可实现气膜密封静环密封端面力变形锥度的调节,并计算了不同液压腔体压力作用下静环密封端面力变形锥度的变化规律。其次,由于以上变形锥度计算复杂,并且设置的调节控制机构对密封环结构造成影响,并不适合现场工程实际使用。考虑采用直接监测气膜密封端面平均间隙,在气膜密封原有力平衡系统中引入可控电磁力,利用模糊控制的方法实现气膜密封端面平均膜厚的闭环控制。将气膜密封简化为质量-弹簧-阻尼系统,设计二维单输出Mamdani型模糊控制器,采用Matlab/Simulink对闭环控制系统进行仿真模拟研究。仿真结果表明利用模糊控制方法可实现气膜密封被控对象端面平均间隙的控制,并确定了最优的模糊控制器。最后,在对气膜密封可控性研究的基础之上,利用虚拟仪器技术搭建了气膜密封现场运行状态监测及调控系统,并利用Lab VIEW远程数据通信技术设计了B/S与C/S混合模式的网络化远程监控系统。系统界面直观,操作方便,可满足气膜密封远程监测要求。以上研究内容对丰富非接触式气膜密封运行状态调控方法,构建机械密封网络化监控平台具有重要意义。

关键词：气膜密封变形控制模糊控制远程监控系统

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端柱面组合密封气膜稳态特性数值仿真分析

北京航空航天大学学报 2014年第4期40卷 439-443页

作者：马纲孙晓军罗先海何军北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191

针对航空发动机等高速流体机械中流体动密封部位的工况特点,提出一种新型的端柱面组合气膜密封形式.根据气膜密封的结构特点,建立了端柱面螺旋槽组合式密封气膜的数学分析模型.采用CFD分析软件Fluent对气膜三维流场模型以湍流流动形式... 详细信息

针对航空发动机等高速流体机械中流体动密封部位的工况特点,提出一种新型的端柱面组合气膜密封形式.根据气膜密封的结构特点,建立了端柱面螺旋槽组合式密封气膜的数学分析模型.采用CFD分析软件Fluent对气膜三维流场模型以湍流流动形式进行数值模拟计算.研究了密封气膜几何结构参数变化对密封稳态特性(端面承载力Fd、柱面承载力Fc、泄漏量Q、摩擦转矩M)的影响.几何结构参数包括端面平均膜厚、端面槽深比、柱面平均膜厚、柱面偏心率、柱面槽深比、柱面槽宽比.

关键词：气膜密封组合密封三维数值仿真结构参数稳态特性

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用于转子系统的气膜密封阻尼结构稳态特性

航空动力学报 2012年第1期27卷 190-197页

作者：王虹洪杰马艳红北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

针对航空发动机转子既转动又进动的运转情况,推导用于转子系统的带金属橡胶弹性外环的气膜密封阻尼结构(gas film seal damper,GFSD)雷诺方程.基于GFSD运动方程和位移协调关系,建立转子-气膜-金属橡胶三者之间的流固耦合关系,确定稳态... 详细信息

针对航空发动机转子既转动又进动的运转情况,推导用于转子系统的带金属橡胶弹性外环的气膜密封阻尼结构(gas film seal damper,GFSD)雷诺方程.基于GFSD运动方程和位移协调关系,建立转子-气膜-金属橡胶三者之间的流固耦合关系,确定稳态压力场求解流程,并提出金属橡胶刚度的定量设计方法.采用有限差分法求解稳态压力场,研究GFSD工作参数和结构参数对稳态特性的影响,为GFSD结构参数设计提供参考,最后与直通式篦齿封严的泄漏量进行比较.结果表明:合理设计金属橡胶刚度能够使GFSD自适应地调节气膜间隙;在保证动压润滑的基础上,选取大长径比、小金属橡胶刚度和密封间隙能够使GFSD具有良好的稳态特性;GFSD的泄漏量远小于直通式篦齿封严,能够满足现代航空发动机中高进出口压比下的封严需要.

关键词：转子系统气膜密封金属橡胶稳态特性参数设计

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航空发动机气膜密封技术的发展

航空发动机 2021年第4期47卷 106-113页

作者：何强黄伟峰胡广阳李永健刘莹王玉明清华大学摩擦学国家重点实验室北京100084 中国航发沈阳发动机研究所航空发动机动力传输重点实验室沈阳110015

动密封技术是航空发动机关键技术之一,对发动机整体性能具有重要影响。气膜密封结构是一种性能先进、潜力巨大的航空发动机密封型式。介绍了几种典型气膜密封结构的工作原理、结构特点和发展历程,分析其在航空发动机上应用中的存在的优... 详细信息

动密封技术是航空发动机关键技术之一,对发动机整体性能具有重要影响。气膜密封结构是一种性能先进、潜力巨大的航空发动机密封型式。介绍了几种典型气膜密封结构的工作原理、结构特点和发展历程,分析其在航空发动机上应用中的存在的优势和问题。从理论研究、试验研究2方面综述了国内外气膜密封技术的发展现状。对航空发动机气膜密封技术的发展现状和需要关注的研究方向进行了总结,表明气膜密封是航空发动机密封技术中具有巨大发展潜力的重要方向,但已有的大部分气膜密封技术尚不能满足高性能航空发动机的技术需求,仍需要加快相关基础技术的研究与发展。

关键词：气膜密封非接触式密封动密封航空发动机

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基于CFD的T形槽气膜密封网格无关性分析

润滑与密封 2018年第11期43卷 70-73,113页

作者：王衍王达胡琼周宇杰郑小清淮海工学院机械工程学院江苏连云港222005 南京天一航空科技有限公司江苏南京210012

CFD是目前研究气膜密封在多工况变参数下相关性能的高效计算方法,其中网格划分方式和数量是影响计和0. 4时的开启性能和泄漏值出现较大不合理波动,得到的密封性能参数不符合实际变化规律,在低于0. 3或高于0. 5时的结果合理、趋势稳定;... 详细信息

CFD是目前研究气膜密封在多工况变参数下相关性能的高效计算方法,其中网格划分方式和数量是影响计和0. 4时的开启性能和泄漏值出现较大不合理波动,得到的密封性能参数不符合实际变化规律,在低于0. 3或高于0. 5时的结果合理、趋势稳定;网格层数变化对开启力影响较小,层数在1～5区间变化时对泄漏量影响较大,网格划分超过5层后泄漏量变化趋于稳定;基于檿檿檿檿檿檿檿算精度和效率的关键因素。以T形槽气膜密封为研究对象,建立UG三维分析模型,通过Gambit进行网格划分方式和数量的渐次变化,最终以Fluent计算结果为依据进行气膜密封网格无关性分析。结果表明:网格划分中的size参数、层数及其变化后相应的网格数量对密封性能具有较大影响; size参数取值0. 3较小的size值及5层以上的层数时,网格数量大于50万时计算得出的开启力和泄漏值变化趋势稳定。

关键词：气膜密封数值模拟网格无关性

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反转轴间气膜密封振动过程分析

振动与冲击 2011年第2期30卷 181-185页

作者：王之栎刘国西郭艳丽北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100083

对一种双端面反转轴间气膜密封因外界扰动而引起的振动进行了研究,用有限元方法计算了两个端面的气膜刚度和阻尼,分析了瞬态扰动力作用下前密封跑道和主密封环的振动过程,并研究了系统质量、压力等因素对振动的影响。结果表明,系统的自... 详细信息

对一种双端面反转轴间气膜密封因外界扰动而引起的振动进行了研究,用有限元方法计算了两个端面的气膜刚度和阻尼,分析了瞬态扰动力作用下前密封跑道和主密封环的振动过程,并研究了系统质量、压力等因素对振动的影响。结果表明,系统的自由振动频率主要由前密封跑道质量决定,主密封环质量对自由振动频率影响较小;同一密封跑道质量对应的不同的环道质量对系统的振动收敛时间影响不大;系统的压差越大,所能承受的扰动力越小,越易瞬时振动失稳。该计算结果对气膜密封的动力学响应分析具有一定的指导意义。

关键词：气膜密封气膜刚度气膜阻尼自由振动频率

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反转轴间气膜密封动特性分析

北京航空航天大学学报 2010年第5期36卷 509-512页

作者：王之栎刘国西郭艳丽北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191

用有限元法计算了双端面期末密封两端面的气膜刚度和阻尼,分析了密封跑道质量和主密封环质量对气膜刚度和阻尼的影响,并对瞬态扰动力作用下前密封跑道和主密封环的振动过程进行了讨论.结果表明:膜厚对气膜刚度和阻尼影响较大,在膜厚小于... 详细信息

用有限元法计算了双端面期末密封两端面的气膜刚度和阻尼,分析了密封跑道质量和主密封环质量对气膜刚度和阻尼的影响,并对瞬态扰动力作用下前密封跑道和主密封环的振动过程进行了讨论.结果表明:膜厚对气膜刚度和阻尼影响较大,在膜厚小于5μm下尤为明显;系统的自由振动频率主要由前密封跑道质量决定,主密封环质量对自由振动频率影响较小;同一密封跑道质量对应的不同环道质量比对系统振动的收敛时间影响不大.

关键词：气膜刚度气膜阻尼气膜密封自由振动频率

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T型槽柱面气膜密封稳态性能数值计算研究

农业装备与车辆工程 2022年第2期60卷 5-9页

作者：韦邱发康宇驰刘美红孙军锋昆明理工大学机电工程学院云南省昆明市650504

为了分析T型槽柱面气膜密封性能,建立了多种数值模型。采用CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟对T型槽柱面气膜密封气膜刚度、浮升力和泄漏率的影响因素进行了研究。研究结果表明:泄漏率受平均气膜厚度影响非常显著,平均气膜厚... 详细信息

为了分析T型槽柱面气膜密封性能,建立了多种数值模型。采用CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟对T型槽柱面气膜密封气膜刚度、浮升力和泄漏率的影响因素进行了研究。研究结果表明:泄漏率受平均气膜厚度影响非常显著,平均气膜厚度增大30μm,泄漏率增大4.5×10^(-4)kg/s,气膜偏心率次之,气膜轴向长度对泄漏率的影响较弱。浮升力受气膜轴向长度的影响较显著,气膜轴向长度增大1倍,浮升力亦增大近1倍,平均气膜厚度对浮升力影响次之,气膜偏心率对浮升力的影响不明显。气膜刚度受平均气膜厚度的影响较大,气膜轴向长度和气膜偏心率对气膜刚度的影响依次减弱。

关键词： T型槽气膜密封数值模型结构参数密封性能计算流体力学