| 题名 | 柱面螺旋槽气膜密封微间隙流场仿真分析研究 |
| 作者 | 苗春昊 |
| 答辩日期 | 2018 |
| 导师 | 丁雪兴 |
| 关键词 | 柱面螺旋槽气膜密封 三维数值模拟 操作参数 结构参数 螺旋槽槽型参数 试验研究 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 英文摘要 | 随着流体机械工况条件越来越苛刻,因此对于设备轴端动密封的要求也随之提高,原有的密封产品无法胜任高参数下的流体机械轴端密封。本文针对燃气轮机高参数的工况特点,提出能够适用于极端工况柱面螺旋槽气膜密封。针对柱面螺旋槽气膜密封的结构特点,通过CFD数值模拟的方法,首先用SolidWorks建模软件和Workbench的DM模块联合建立了三维柱面螺旋槽微间隙气膜计算域模型;其次用专业网格划分软件ICEM CFD独有的block映射技术划分高质量的计算域网格;之后通过流场仿真软件Fluent对微间隙的三维流场进行数值模拟计算,并通过改变操作参数、结构参数和螺旋槽槽形参数,逐一进行模拟计算,得到相应的泄漏量和浮升力;最终通过对比分析得到较为合理的结构参数和螺旋槽槽形参数取值范围,根据以上流程得到下述分析规律:在偏心率为0.5时,随着转子的转动,气膜压力升高0.218MPa,气膜最薄区域的槽根部为压力最大值;流速在气膜最厚区域出现最大值,整体流速与压力呈现反比例分布;对比分析无偏心结构气膜模型,发现没有压力升高现象;对比不同偏心率下的气膜压力分布,分析得出偏心结构和螺旋槽几何结构是柱面螺旋槽气膜密封设计的关键。对于操作参数,浮升力和泄漏量都随转速和压差的增大而增大。当边界压差不变,转速在6000-36000rpm变化时,浮升力上升44.26N,泄漏量上升0.56×10-4kg·s-1,且转速在24000-33000rpm范围内变化时,浮升力和泄漏量增大幅度都有所减小,密封趋于稳定;当转速不变,边界压差从0.1MPa到0.6MPa变化时,浮升力上升331.71N,泄漏量上升1.2063×10-4 kg·s-1,且整体趋于线性增长。对比发现压差对浮升力和泄漏量的影响更大。对于结构参数,浮升力和泄漏量都随偏心率的增大而增大;浮升力随平均气膜厚度的增大而降低,泄漏量随平均气膜厚度的增大而增大;浮升力随密封宽度的增大而增大,且整体趋于线性增长,泄漏量随密封宽度的增大而减小。对比分析结构参数对密封性能的影响,偏心率和密封宽度对浮升力的影响较大;平均气膜厚度和密封宽度对泄漏量的影响较大。考虑到工程实际,推荐的最佳结构参数取值范围:偏心率为0.5-0.7,平均气膜厚度保证在20μm以下,密封宽度选择30mm至50mm。通过对槽形参数的研究得出:槽数和槽宽比的增加会使浮升力单调增大,但达到一定范围内,浮升力变化都会趋于稳定;槽深、槽长和螺旋角的增加,会使气膜浮升力呈现先增大后减小的趋势,因此在一定范围内浮升力有最大值;槽数的增加会使泄漏量降低,而槽深、槽宽比、槽长、螺旋角的增加都会使泄漏量增大,但对于不同的螺旋槽槽形参数,泄漏量在变化过程中,都存在相对较为平稳的变化趋势。综上所述得出最佳螺旋槽槽形参数取值范围:槽数为16~20,槽深为10~15μm,槽宽比为0.8~0.1,螺旋槽槽长为24~28mm,螺旋角为30°~40°。通过试验研究对初始参数螺旋槽和寻优参数螺旋槽两组试件的气膜浮升力和泄漏量进行试验测试,对比分析初始参数螺旋槽的数值模拟值和试验测试值以及初始参数螺旋槽和寻优参数螺旋槽两组试件的试验测量值。在不同压差条件下,初始参数螺旋槽的试验测量值和数值模拟值契合度较高,因此本文的数值模拟结果具有一定的合理性和真实性;寻优参数螺旋槽的密封性能均优于初始参数螺旋槽,同时能够对抑制密封设备的不利影响因素。本文的研究工作为后续柱面螺旋槽气膜密封的理论研究和工程应用提供了一定的参考依据。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 71 |
| URL标识 | 查看原文 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/93751]  |
| 专题 | 兰州理工大学 |
| 作者单位 | 兰州理工大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 苗春昊. 柱面螺旋槽气膜密封微间隙流场仿真分析研究[D]. 2018. |
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