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液膜密封振动及冲击动力学特性

振动与冲击 2020年第15期39卷 58-65,73页

作者：徐鲁帅郝木明袁小阳王赟磊金英泽李勇凡西安交通大学现代设计及转子轴承系统教育部重点实验室西安710049 中国石油大学(华东)密封技术研究所山东青岛266580

液膜密封运行过程因工况瞬时变化、系统振动及润滑不足等因素易引发端面接触冲击,严重影响密封寿命。建立考虑端面接触的液膜密封动力学模型,采用直接数值求解方法对运动方程、质量守恒空化边界雷诺方程、微凸体接触方程在全时间域内耦... 详细信息

液膜密封运行过程因工况瞬时变化、系统振动及润滑不足等因素易引发端面接触冲击,严重影响密封寿命。建立考虑端面接触的液膜密封动力学模型,采用直接数值求解方法对运动方程、质量守恒空化边界雷诺方程、微凸体接触方程在全时间域内耦合求解,研究了液膜空化、轴向扰动及运行工况瞬变对密封稳定性与冲击特性的影响。结果表明:液膜空化有效提高了系统抗干扰能力,膜厚越小,受扰动后震荡频率越大且恢复至稳定状态的时间越长;发生端面冲击时膜厚振动频率显著大于全液膜状态下所受扰动情况。随转速及密封腔压力变化值的不断扩大,接触载荷值及冲击频率均不断增大,冲力响应越显著,在端面接触发生瞬间有明显的速度方向突变。

关键词：液膜密封振动特性冲击响应稳定性

微流道界面剪切对液膜密封空化流场特性的影响研究

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机械工程学报 2023年第9期59卷 171-185页

作者：胡琼肖洋卢迪曹志康王晓雷王衍武扬何一鸣江苏海洋大学机械工程学院连云港222005 南京航空航天大学直升机传动技术重点实验室南京210016

针对高转速下液膜密封空化区界面发生强烈波动导致密封失稳的问题,为寻找波动抑制方法,考察了微流道槽底面剪切条件对液膜空化流场特性的影响。选用Schnerr-Sauer空化模型,运用Laminar和转捩SST模型,对比研究了不同转速槽底面无滑移和... 详细信息

针对高转速下液膜密封空化区界面发生强烈波动导致密封失稳的问题,为寻找波动抑制方法,考察了微流道槽底面剪切条件对液膜空化流场特性的影响。选用Schnerr-Sauer空化模型,运用Laminar和转捩SST模型,对比研究了不同转速槽底面无滑移和无剪切条件下的开启力Fo、泄漏率Q、空化占比和空化区速度分布规律。结果表明:流动模型的选择(Laminar和转捩SST模型)对Fo和Q的影响可以忽略,但对空化影响十分显著;液膜空化泡在膜厚方向呈不规则曲面状,在槽区膜厚中部位置的轴截面空化面积占比最大,无滑移时向非开槽端面单侧减小,无剪切时向密封端面双侧减小;可分开判定非槽区和槽区流态,非槽区始终为层流,槽区在11300 r/min以下为层流,高于11300 r/min为转捩流,若存在局部区域流动因子9/16液膜稳定性(空化区速度波动减弱,且槽区湍流形成临界转速由4000 r/min提升至11300 r/min),并使空化随转速的变化具有规律性、可预测性。此为提升液膜密封性能以及完善微流道流动理论和实现空化调控提供参考。

关键词：液膜密封界面剪切空化高速微流场

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基于空化的液膜密封热流体动态特性分析

振动．测试与诊断 2021年第1期41卷 114-119,203页

作者：孙鑫晖闫方琦郝木明力宁翁泽文袁俊马中国石油大学(华东)新能源学院青岛266580 中国航发湖南动力机械研究所株洲412002

通过有限元法对动态雷诺方程和液膜能量方程进行推导求解,建立了考虑流体热效应和空化效应的液膜密封动态特性模型,分析了槽数、槽深、转速以及压力对液膜密封动态特性参数的影响。结果表明:在考虑空化及热黏的条件下,各角向之间的相互... 详细信息

通过有限元法对动态雷诺方程和液膜能量方程进行推导求解,建立了考虑流体热效应和空化效应的液膜密封动态特性模型,分析了槽数、槽深、转速以及压力对液膜密封动态特性参数的影响。结果表明:在考虑空化及热黏的条件下,各角向之间的相互影响较弱,耦合角向系数小于正角向及轴向系数;刚度系数的绝对值会随着槽数、槽深、转速和压力的增加而增加;阻尼系数的绝对值会随着转速和压力的增加而增加,随着槽数和槽深的增加而略有减少;槽数、槽深、转速和压力的增加均会使液膜的抗干扰能力增强。

关键词：液膜密封动态特性热黏空化刚度阻尼

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考虑空化效应的螺旋槽液膜密封特性数值研究

中国石油大学学报（自然科学版） 2015年第3期39卷 132-137页

作者：郝木明庄媛章大海任宝杰李振涛杨丹丹中国石油大学密封技术研究所山东青岛266580

为了研究空化效应对液膜密封性能的影响,获得最佳的工况参数,建立螺旋槽液膜密封端面三维模型,在引入JFO空化边界条件下利用ANSYS FLUENT14.0对其流场进行数值模拟,考察空化效应时工况参数对开启力、液膜刚度、泄漏量及空化区域变化的... 详细信息

为了研究空化效应对液膜密封性能的影响,获得最佳的工况参数,建立螺旋槽液膜密封端面三维模型,在引入JFO空化边界条件下利用ANSYS FLUENT14.0对其流场进行数值模拟,考察空化效应时工况参数对开启力、液膜刚度、泄漏量及空化区域变化的影响。结果表明：在本文的参数下,Sommerfeld条件下液膜在厚度1.6μm左右出现最大刚度,JFO条件下刚度在膜厚为1.5-2μm比较稳定,且此时刚漏比出现拐点,最佳膜厚在1.5-2μm;液膜温度在65℃时空化效应最弱;开启力、液膜刚度、泄漏量、空化区域随转速的增加而增大。

关键词：液膜密封空化数值研究密封性能

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双列螺旋槽液膜密封相变现象及性能

化工学报 2018年第5期69卷 2110-2119页

作者：曹恒超郝木明杨文静汪艳红李勇凡徐鲁帅中国石油大学(华东)密封技术研究所山东青岛266580

为了探究相变现象对密封性能的影响规律,通过联立N-S方程与质量输运方程,建立了液膜密封相变模型,使用有限体积法对控制方程进行离散,对双列螺旋槽液膜密封相变现象进行了仿真模拟,获得了液膜流线及相态分布并分析了结构参数对相变区域... 详细信息

为了探究相变现象对密封性能的影响规律,通过联立N-S方程与质量输运方程,建立了液膜密封相变模型,使用有限体积法对控制方程进行离散,对双列螺旋槽液膜密封相变现象进行了仿真模拟,获得了液膜流线及相态分布并分析了结构参数对相变区域与密封性能的影响。结果表明:液膜发生相变后物性参数发生变化,密封间隙内流场与端面压力分布发生明显改变。内侧螺旋槽可以提供稳定的开启力并保证密封端面处于较好的润滑状态,但同时导致密封泄漏增加。通过减小外侧螺旋槽槽面宽比、槽台宽比、螺旋角、槽深或增大外侧螺旋槽槽数均可降低密封泄漏量,提升密封性能。

关键词：双列螺旋槽液膜密封相变现象性能研究

基于SVD-AVMD的液膜密封声发射特征提取

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中国石油大学学报（自然科学版） 2021年第6期45卷 168-174页

作者：孙鑫晖刘怀顺王明洋李勇凡王增丽郝木明力宁任宝杰中国石油大学(华东)新能源学院山东青岛266580 中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002 东营海森密封技术有限公司山东东营257000

将声发射技术应用于液膜密封端面状态监测时,声发射信号易受噪声影响、特征信号难以提取,为此提出一种基于奇异值分解和自适应变分模态分解(SVD-AVMD)的信号处理方法。该方法首先以奇异值分解消除信号中的随机强噪声影响,获取降噪信号,... 详细信息

将声发射技术应用于液膜密封端面状态监测时,声发射信号易受噪声影响、特征信号难以提取,为此提出一种基于奇异值分解和自适应变分模态分解(SVD-AVMD)的信号处理方法。该方法首先以奇异值分解消除信号中的随机强噪声影响,获取降噪信号,然后在不同模态数下对降噪信号作变分模态分解,并计算各模态分量与降噪信号之间的显著性水平,以显著性水平大于阈值作为分解的停止准则,最终达到获取最优模态分量的目的。结果表明:SVD-AVMD对各模态分量中心频率的捕捉能力以及对各模态分量的恢复效果均明显优于单纯的变分模态分解,能够滤除背景噪声的同时最大程度地保留有效信息;获得表征液膜密封端面状态的声发射信号,实现了对液膜密封端面状态的识别。

关键词：声发射液膜密封奇异值分解自适应变分模态分解显著性水平

考虑锥度及波度的螺旋槽液膜密封动态特性分析

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化工学报 2016年第12期67卷 5199-5207页

作者：杨文静郝木明李振涛任宝杰曹恒超张伟中国石油大学(华东)密封技术研究所山东青岛266580

密封端面因热力变形或机械加工产生的形貌变化显著影响密封性能。建立考虑径向锥度和周向波度的螺旋槽液膜密封数学模型,利用偏导数法求解动态雷诺方程,并采用有限元法计算液膜密封开启力、刚度、动态刚度及阻尼系数,进而分析了径向锥... 详细信息

密封端面因热力变形或机械加工产生的形貌变化显著影响密封性能。建立考虑径向锥度和周向波度的螺旋槽液膜密封数学模型,利用偏导数法求解动态雷诺方程,并采用有限元法计算液膜密封开启力、刚度、动态刚度及阻尼系数,进而分析了径向锥度及周向波度对液膜密封稳、动态特性的影响。结果表明:液膜密封开启力随着锥度的增加逐渐减小,随着波幅的增加逐渐变大,同一波幅下,波数增多,开启力减小;液膜刚度随着锥度的增加逐渐减小,且波数不同时随波幅的变化趋势不同;液膜动态刚度系数绝对值随锥度的增加逐渐减小,轴向刚度系数和角向刚度系数受波度的影响比较明显;液膜动态阻尼系数随锥度的增加逐渐减小,随波幅的增加逐渐变大。

关键词：液膜密封动态特性锥度波度偏导数法有限元法

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基于热流固耦合的液膜密封动态追随性分析

振动与冲击 2024年第7期43卷 214-222,238页

作者：宋勇于博郝木明王陈寅李天照任宝杰西安航天动力研究所西安710100 中国石油大学(华东)新能源学院山东青岛266580 东营海森密封技术有限责任公司山东东营257081

为研究热流固耦合下液膜密封动态追随特性,基于小扰动法及热动力润滑理论,考虑非补偿环轴向振动、角向偏摆,建立补偿环三自由度运动方程,对比并分析纯流场和热流固耦合模型下力学元件参数、操作工况参数、结构参数对动态追随性的影响。... 详细信息

为研究热流固耦合下液膜密封动态追随特性,基于小扰动法及热动力润滑理论,考虑非补偿环轴向振动、角向偏摆,建立补偿环三自由度运动方程,对比并分析纯流场和热流固耦合模型下力学元件参数、操作工况参数、结构参数对动态追随性的影响。结果表明:在热流固耦合模型下求解的液膜密封扰动量略小于纯流场模型下求解的扰动量;增加激励振幅,弹簧刚度和O型圈阻尼均会导致扰动增大,动态追随性变差;减小转速、增加介质压力会导致动态特性系数增加,有利于提高动态追随性;减少槽数会提高动态追随性,且在槽数给定时,槽深17μm,槽坝比0.8,螺旋角22°的结构参数设定会得到更好的动态追随性。

关键词：液膜密封振动特性小扰动法热流固耦合

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沟槽参数对螺旋槽液膜密封空化诱发影响分析

化工进展 2018年第5期37卷 1670-1679页

作者：李振涛王赟磊郝木明李勇凡曹恒超袁俊马中国石油大学(华东)化学工程学院山东青岛266580

为进一步探索液膜密封端面空穴发生诱因及其影响规律,本文基于JFO(Jakobsson-Floberg-Olsson)空化边界,建立双坝区中间开螺旋槽的液膜密封物理模型,通过空穴可视化实验验证了程序算法的准确性,分析了不同空化边界下液膜密封的空穴特征... 详细信息

为进一步探索液膜密封端面空穴发生诱因及其影响规律,本文基于JFO(Jakobsson-Floberg-Olsson)空化边界,建立双坝区中间开螺旋槽的液膜密封物理模型,通过空穴可视化实验验证了程序算法的准确性,分析了不同空化边界下液膜密封的空穴特征。以密封面间润滑液体的液膜压力和密度变化为判据,探讨了槽深、槽角和槽数等参数对液膜始破位置、重生位置及空穴发生面积的影响。结果表明:相比Half-Sommerfeld和Reynolds空化边界,基于JFO空化边界计算的空穴特征能更好地与实验结果相吻合;较大槽深和槽数,均缩小了液膜始破位置沿螺旋方向的空穴长度和液膜重生位置沿周向的空穴宽度,前者提升了两位置的空穴度,而后者降低了液膜重生位置的空穴度;槽角的增大,在扩大两位置空穴尺度的同时,提升了相应位置的空穴度;而液膜中空穴发生面积随槽深的增加线性降低,在较小槽角时先线性增加后随槽角增大呈抛物线增加趋势,而在槽数大于12时随槽数增加线性降低。

关键词：沟槽参数液膜密封空化诱发 JFO空化边界空穴度