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基于CFD的螺旋槽干气密封微间隙流场及密封性能研究

富影杰  
【摘要】: 我国的干气密封产品主要依赖进口,干气密封技术的研究以及产品的开发尚处于起步阶段,还未建立起一套完整的干气密封产品设计、开发以及制造体系。因此,开展气体润滑密封技术的研究对于提高我国密封技术的整体水平,具有重要意义。 本文利用CFD软件之一-Fluent软件对螺旋槽干气密封端面微间隙流场进行了模拟,并将模拟结果同试验相结合对螺旋槽干气密封端面微间隙流场及密封性能进行了研究。 首先从流体力学的角度,对层流和湍流分别进行了理论分析。其次,应用Fluent软件对螺旋槽干气密封间隙中气体可能发生的流动状态即层流和湍流分别进行数值模拟,得到两种流态下的压力分布、速度分布以及泄漏量。再次,应用模拟结果根据流动因子进行理论计算,同时将两种流态的泄漏量与其相同工况下试验所测得的泄漏量进行对比分析,于是,综合理论计算和对比分析得出结论。 应用Fluent软件,对有相同几何参数和操作参数的螺旋槽、圆弧槽、直线槽干气密封的端面流场分别进行了数值模拟,并对它们的槽型参数进行了优化,同时将优化后的三种槽型线干气密封的压力与泄漏量进行了比较。 螺旋槽干气密封运行的稳定性和可靠性主要取决于密封面产生的气膜刚度的大小,由此,气膜刚度对螺旋槽干气密封稳定性有重要意义,本文利用Fluent软件对相同特定工况下六种不同膜厚的螺旋槽干气密封流场分别进行了数值模拟,得到了压力分布,获得了气膜推力,再运用最小二乘法则拟合得到气膜推力关于气膜厚度的解析式,最后求得气膜刚度。 在成都一通密封有限公司的18000转/分高速离心压缩机密封试验台上对串联式离心压缩机YTG-CTII型螺旋槽干气密封系统进行了试验研究。完成了气体端面密封试验台的测试系统的总体方案设计、测试系统的硬件配置。测试了泄漏量、功耗和气膜轴向刚度,给出了气体端面密封试验的测试结果,并与模拟计算近似值比较,进行误差分析。试验测出数值与模拟结果较为吻合,表明利用CFD对螺旋槽干气密封端面流场进行模拟是可行的。


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