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螺旋槽干气密封稳态特性分析模型的对比研究

机械工程学报 2017年第23期53卷 7-13页

作者：胡松涛黄伟峰刘向锋王玉明清华大学摩擦学国家重点实验室北京100084

干气密封的稳态特性是密封设计中的重要依据和指标。干气密封稳态特性可通过基于轴向力平衡的静态模型和轴向-角向耦合的动态模型两种途径获得。基于上述两种模型间存在的差异点,就动环偏摆角、静环静态偏摆角和副密封阻尼展开参数研究... 详细信息

干气密封的稳态特性是密封设计中的重要依据和指标。干气密封稳态特性可通过基于轴向力平衡的静态模型和轴向-角向耦合的动态模型两种途径获得。基于上述两种模型间存在的差异点,就动环偏摆角、静环静态偏摆角和副密封阻尼展开参数研究,讨论两种模型计算所得的稳态特性(膜厚与泄漏率)之间存在的差异,进而给出它们在干气密封稳态特性研究中的适用性分析。计算中,动力学方程和流场方程分别采用有限差分法和有限元法进行离散求解,以膜厚与泄漏量为稳态特性的主要指标。结果表明,当副密封阻尼较小时,角向偏摆角对于静环稳态特性的影响极小,可用静态模型来近似动态模型,以简化计算过程和缩短计算时间。而当副密封阻尼较大时,密封动静环的角向相位差较大,显著地影响密封静环的稳态特性,使用静态模型获得的结果与动态模型的结果差别较大,而且此时前者无法反映由于静环角向追随性较差引起两环端面易发生接触的问题,因此大阻尼情况下宜采用动态模型。

关键词：螺旋槽干气密封稳态特性阻尼

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螺旋槽端面微间隙高速气流润滑密封特性

摩擦学学报 2015年第6期35卷 699-706页

作者：马春红白少先彭旭东李纪云浙江工业大学机械工程学院浙江杭州310032

考虑入口气流压力损失和出口阻塞效应,建立了微间隙端面高速气体润滑密封分析数学模型,对螺旋槽端面微间隙高速气流润滑密封特性进行研究.重点分析了不同密封间隙、密封压力和转速等工况条件下,入口压力损失和出口阻塞效应对开启力、泄... 详细信息

考虑入口气流压力损失和出口阻塞效应,建立了微间隙端面高速气体润滑密封分析数学模型,对螺旋槽端面微间隙高速气流润滑密封特性进行研究.重点分析了不同密封间隙、密封压力和转速等工况条件下,入口压力损失和出口阻塞效应对开启力、泄漏率及气膜刚度等密封特性参数的影响规律.结果表明:高速气体阻塞效应使出口压力高于环境压力,压力损失使入口气膜压力下降,导致泄漏率和气膜刚度明显下降,并使开启力增加.随着密封压力和密封间隙的增加,阻塞效应增强,导致泄漏率和气膜刚度显著降低.密封压力10 MPa时,泄漏率降低可达20%,气膜刚度的下降可达30%以上.

关键词：螺旋槽干气密封高速气流阻塞流

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螺旋槽式枞树型叶根铣刀的毛坯预制工艺研究

工具技术 2024年第4期58卷 84-91页

作者：李晓宇唐清春陈汉阳杨宇航乔鹏周乐安广西科技大学机械与汽车工程学院广西壮族自治区柳州市545006 德阳杰创科技有限公司

枞树型叶根铣刀是加工汽轮机叶片叶根的重要工具,相比传统的直槽铣刀具,螺旋槽式枞树型叶根铣刀具有切削快、效率高、寿命长等优点,能减少刀具切削力和振动,提高枞树型叶根表面的加工质量。本文重点研究了螺旋槽式枞树型叶根铣刀的毛坯... 详细信息

枞树型叶根铣刀是加工汽轮机叶片叶根的重要工具,相比传统的直槽铣刀具,螺旋槽式枞树型叶根铣刀具有切削快、效率高、寿命长等优点,能减少刀具切削力和振动,提高枞树型叶根表面的加工质量。本文重点研究了螺旋槽式枞树型叶根铣刀的毛坯预制工艺,将NUMROTOPLUS、PRO/E、VERICUT三种软件结合创建刀具三维模型并预制成品毛坯,运用ANSYS软件对模型进行仿真,验证刀具芯厚、前角等参数的合理性;使用NUMROTO软件对刀具进行精加工路径规划与仿真模拟验证;采用SAACKE UWIF五轴工具磨床完成刀具的精加工,并对刀具进行检测,结果显示该工艺方案切实可行。

关键词：叶根铣刀五轴磨床虚拟仿真螺旋槽毛坯预制

螺旋槽干气密封微尺度流动场的近似计算及其参数优化

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应用力学学报 2007年第3期24卷 425-428页

作者：丁雪兴陈德林张伟政俞树荣杜兆年兰州理工大学兰州730050

应用PH线性化方法、迭代法,近似求解了螺旋槽内稳态微尺度流动场的非线性雷诺方程,求得了气体动压和速度分布的解析解。继而利用多目标优化方法构建了气膜刚度与泄漏量之比的协调函数,并对该目标函数进行了近似求解,获得了最佳的螺旋槽... 详细信息

应用PH线性化方法、迭代法,近似求解了螺旋槽内稳态微尺度流动场的非线性雷诺方程,求得了气体动压和速度分布的解析解。继而利用多目标优化方法构建了气膜刚度与泄漏量之比的协调函数,并对该目标函数进行了近似求解,获得了最佳的螺旋槽几何参数值。

关键词：螺旋槽干气密封微尺度流动 PH线性化迭代法协调优化

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螺旋槽重力热管强化传热实验研究

化学工程 2008年第6期36卷 19-21页

作者：方书起赵凌史启辉路慧霞郑州大学化工学院河南郑州450001

为了提高重力热管的传热能力,用螺旋槽表面结构来强化重力热管传热,并以水为工质进行了传热特性实验研究。自制热电偶和热管并搭建实验设备,改变加热功率,测得在不同的蒸汽温度下的热管壁温。实验结果表明:以管内等效对流换热系数为评... 详细信息

为了提高重力热管的传热能力,用螺旋槽表面结构来强化重力热管传热,并以水为工质进行了传热特性实验研究。自制热电偶和热管并搭建实验设备,改变加热功率,测得在不同的蒸汽温度下的热管壁温。实验结果表明:以管内等效对流换热系数为评价指标,与普通重力热管相比,螺旋槽重力热管的对流换热系数提高了10%—23%,其中槽深和螺距对传热有很大的影响。

关键词：重力热管螺旋槽强化传热

高速深螺旋槽机械密封热流体动力润滑性能研究

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高速深螺旋槽机械密封热流体动力润滑性能研究

作者：赵吉军兰州理工大学

学位级别：硕士

作为一种高端装备的关键性基础部件,机械密封被广泛应用于航空航天等领域的高速泵中用于防止高压侧流体沿转轴发生泄漏。在高速工况下,端面间隙内润滑流体在动环强剪切作用下产生大量粘性热,传统流体动压型机械密封一般为微米级浅槽,在... 详细信息

作为一种高端装备的关键性基础部件,机械密封被广泛应用于航空航天等领域的高速泵中用于防止高压侧流体沿转轴发生泄漏。在高速工况下,端面间隙内润滑流体在动环强剪切作用下产生大量粘性热,传统流体动压型机械密封一般为微米级浅槽,在高速工况下流体膜粘性生热严重,尤其是高粘度流体,间隙内流体易汽化,严重时导致密封装置失稳。亚毫米级深槽可使液膜平均膜厚增大,粘性剪切生热减少,提升密封稳定性。同时,亚毫米级深槽保留了部分浅槽的性能,有效避免了高速工况下浅槽因流体动压效应过大而造成大量泄漏。动环高速剪切作用下密封间隙内跨尺度液膜粘性生热必将对机械密封各项性能产生显著的影响,应用ANSYS Fluent软件在湍流状态下建立了经典螺旋槽机械密封(SG)的流体动力润滑(HD)模型与热流体动力润滑(THD)模型,对比了两模型下液膜流动特性及压力分布,并在不同螺旋槽几何参数及工况参数下分析了HD与THD模型下的密封特性差异,以此揭示了液膜粘性热效应对机械密封各项性能的作用机理及影响规律。结果表明:HD与THD模型下液膜压力分布类似,最高压力均出现在槽根收敛处,但计入热效应后流体动力粘度减小,动压效应被削弱,THD模型的压力峰值小于HD模型。在不同螺旋槽几何参数与工况参数下,THD模型对液膜开启力与摩擦系数的预测值均小于HD模型,考虑粘性热效应时,密封泄漏率则明显增大,且转速是影响温升的关键因素。端面间隙内流体粘性生热量大、端面温升高是机械密封在高速工况下的关键共性问题之一,为此提出了一种深环形槽与深螺旋槽复合式端面构型(ASG),应用ANSYS Fluent软件建立了其与经典螺旋槽端面(SG)的热流体动力润滑(THD)模型,在湍流状态下对比分析了环形槽的传热过程,揭示了其降温作用机理,讨论了其几何参数与工况参数对机械密封性能及环形槽降温效果的影响规律。结果表明:密封端面内径侧环形槽区因膜厚较大,流体剪切作用较小,故该区域液膜粘性生热量显著减小,其在任意工况参数下均可使润滑液膜及密封端面温度降低3K～14K。环形槽槽深、槽宽的适当增加可强化其降温作用最高达15K,即温升下降约33%。此外,环形槽的降温作用导致流体粘度损失减小故密封承载性能与摩擦学性能均有所提升。环形槽致使密封环内径侧径向压力梯度增大,密封泄漏率有所增加。高速工况下密封间隙内流体粘性生热严重且流动行为复杂,流体流动状态是影响跨尺度间隙流固传热过程和温度分布的关键因素之一,应用ANSYS Fluent软件在湍流与层流计算模型下建立了环形槽与螺旋槽复合式端面构型(ASG)的三维热流体动力润滑(THD)模型,对比分析了两模型下螺旋槽的冷却性能差异与环形槽的降温作用,以此揭示了流动状态对端面型槽冷却作用的影响机理,分析了型槽几何参数对两模型下温度场及密封性能的影响规律。结果表明:湍流模型下深螺旋槽内存在的大片死流体区阻碍了槽口冷流体进入到槽根部,致使螺旋槽对间隙内高温流体的冷却作用衰减;层流模型下深螺旋槽内充满更多的冷流体,冷却作用较强。内径侧环形槽在两模型下均具有显著的降温作用,且随槽深、槽宽的适当增加其降温作用得到强化;持续增加螺旋槽槽深并不能达到持续降温的目的。液膜温度峰值在湍流模型下的预测值高于层流模型约29K～40K。

关键词：机械密封热流体动力润滑螺旋槽湍流效应密封性能

同方学位论文库评论

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螺旋槽干式气体端面密封性能的数值分析

润滑与密封 2004年第6期29卷 41-43页

作者：冯向忠彭旭东石油大学机电工程学院山东东营257061

建立了螺旋槽气体密封 (S DGS)端面内的等温可压缩二维流气体雷诺方程 ,用有限元法计算了端面压力分布 ,将压力分布、密封开启力和气膜刚度的计算值与有关文献值进行了比较。分析了密封端面几何参数对密封性能的影响 ,各几何参数的推荐... 详细信息

建立了螺旋槽气体密封 (S DGS)端面内的等温可压缩二维流气体雷诺方程 ,用有限元法计算了端面压力分布 ,将压力分布、密封开启力和气膜刚度的计算值与有关文献值进行了比较。分析了密封端面几何参数对密封性能的影响 ,各几何参数的推荐值可以确保密封在低泄漏量条件下的高刚度值 ,并据此提出了S DGS端面几何参数选择的一般原则 ,对密封结构优化设计具有一定指导意义。

关键词：端面密封气膜刚度几何参数泄漏量刚度值螺旋槽雷诺方程封端干式气体

螺旋槽干气密封润滑气膜角向涡动的稳定性分析

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北京化工大学学报（自然科学版） 2008年第2期35卷 82-86页

作者：丁雪兴王悦张伟政俞树荣杜兆年兰州理工大学石油化工学院甘肃兰州730050

螺旋槽干气密封操作的稳定性和可靠性与其槽形参数密切相关,优化槽形参数一直是该领域研究的热点。应用PH线性化方法及变分运算干气密封螺旋槽内瞬态微尺度流动场的非线性雷诺方程,得到了气膜角向涡动刚度的解析式。继而利用复数转换和... 详细信息

螺旋槽干气密封操作的稳定性和可靠性与其槽形参数密切相关,优化槽形参数一直是该领域研究的热点。应用PH线性化方法及变分运算干气密封螺旋槽内瞬态微尺度流动场的非线性雷诺方程,得到了气膜角向涡动刚度的解析式。继而利用复数转换和迭代法对稳态下气膜边值问题进行求解,求得了气膜涡动刚度的近似解析解。通过动态稳定性分析,获得了不同介质粘度、压力和转速下稳定性最佳的螺旋角数值。研究结果表明:随介质压力和转速增大,气膜涡动刚度越大,稳定性越好。

关键词：螺旋槽干气密封角向涡动气膜刚度稳定性分析

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螺旋槽机械密封的可控性

机械工程学报 2009年第1期45卷 106-110页

作者：周剑锋顾伯勤南京工业大学机械与动力工程学院南京210009

螺旋槽机械密封动环和静环端面间的液膜厚度为微米级,易受外界干扰而破溃、失效。基于液膜流动、密封环传热和热变形的耦合分析,确定与闭合力对应的液膜几何尺寸,得到密封环温度与泄漏率。将静环内侧温度和泄漏率作为反馈参数、闭合力... 详细信息

螺旋槽机械密封动环和静环端面间的液膜厚度为微米级,易受外界干扰而破溃、失效。基于液膜流动、密封环传热和热变形的耦合分析,确定与闭合力对应的液膜几何尺寸,得到密封环温度与泄漏率。将静环内侧温度和泄漏率作为反馈参数、闭合力作为调节参数,建立螺旋槽机械密封的控制方法。依据该方法,结合反馈、调节机械系统,可实现螺旋槽机械密封的可控性运行,从而可以提高螺旋槽机械密封的变工况适应能力。

关键词：螺旋槽机械密封可控性闭合力泄漏率