【摘要】：高壓多級離心泵作為流體輸送核心裝置,在航天、石油化工、核電等行業(yè)受到廣泛應(yīng)用。在此類裝置,特別是高壓多級離心泵中,由于平衡壓力及密封的需要,存在大量如密封口環(huán)、級間密封及平衡鼓等環(huán)流密封結(jié)構(gòu)。隨著工業(yè)的迅猛發(fā)展,用戶及設(shè)計(jì)人員對離心泵水力性能及動力學(xué)性能的要求也不斷提高,目前廣泛應(yīng)用于離心泵中的光滑液體環(huán)流密封的密封性能及動力學(xué)性能正面臨巨大挑戰(zhàn)。對于液體環(huán)流迷宮密封、阻尼密封的密封性能及動力學(xué)性能的研究及其優(yōu)化設(shè)計(jì)逐漸興起,而針對螺旋槽迷宮密封、人型槽迷宮密封等在實(shí)際工況中具有泵送效應(yīng)的環(huán)流密封的密封性能及動力學(xué)性能的研究較少,如何準(zhǔn)確、可靠地對此類密封的性能,尤其是動力學(xué)性能進(jìn)行求解,探尋此類密封的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,是一個(gè)重要課題。本文以人型槽液體環(huán)流迷宮密封為研究對象,分別針對螺旋槽轉(zhuǎn)子齒迷宮密封、人型槽轉(zhuǎn)子齒迷宮密封及人型槽定子齒迷宮密封的動力學(xué)特性進(jìn)行研究,并通過不同工況、結(jié)構(gòu)、幾何參數(shù)對研究對象動力學(xué)特性的影響研究,探尋其優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。同時(shí),本文針對研究對象展開一系列試驗(yàn)研究以驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算方法的可靠性。論文的主要內(nèi)容包括以下四個(gè)方面：第一,為了準(zhǔn)確描述螺旋槽轉(zhuǎn)子齒迷宮密封間隙內(nèi)流體流動情況,提高密封穩(wěn)態(tài)流場、泄漏量及動力學(xué)特性的計(jì)算精度,對Iwatsubo提出的螺旋槽轉(zhuǎn)子迷宮密封的兩控制體分析方法進(jìn)行完善。將周向動量方程、周向速度攝動量及其隨軸向坐標(biāo)的變化加入螺旋槽轉(zhuǎn)子迷宮密封流體微元控制方程組中并提出相應(yīng)求解方法。通過Iwatusbo的計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證新的分析方法的有效性與可靠性,并利用提出的分析方法對比分析不同工況參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)對螺旋槽轉(zhuǎn)子齒迷宮密封密封性能及動力學(xué)性能的影響。第二,結(jié)合新的螺旋槽轉(zhuǎn)子齒迷宮密封密封及動力學(xué)性能分析方法與Childs提出的有限長光滑密封動力學(xué)分析方法,提出適用于Blasius及Moody摩擦模型的人型槽轉(zhuǎn)子迷宮密封密封性能及動力學(xué)特性的分析及求解方法�；谠摲治龇椒�,分析人型槽轉(zhuǎn)子齒迷宮密封相對于光滑環(huán)形密封及螺旋槽轉(zhuǎn)子齒迷宮密封的性能優(yōu)勢,并對不同操作工況、結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)參數(shù)及表面粗糙度對人型槽迷宮密封動力學(xué)性能及穩(wěn)定性的影響進(jìn)行詳細(xì)研究。第三,為準(zhǔn)確描述螺旋槽定子齒迷宮密封間隙內(nèi)流體的流動狀態(tài),充分凸顯螺旋槽的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢,將由螺旋槽引起的泵送效應(yīng)加入Childs提出的螺旋槽定子齒間隙內(nèi)流體微元的控制方程組中,對螺旋槽流域穩(wěn)態(tài)流場求解進(jìn)行修正。同時(shí),結(jié)合有限長光滑密封動力學(xué)分析方法,提出人型槽定子齒迷宮密封密封性能及動力學(xué)特性分析及求解方法。對比相同工況、結(jié)構(gòu)型式下的人型槽定子與轉(zhuǎn)子迷宮密封密封性能、動特性系數(shù)及穩(wěn)定性優(yōu)缺點(diǎn),并對不同結(jié)構(gòu)形式、幾何參數(shù)對人型槽定子迷宮密封動力學(xué)特性的影響進(jìn)行深入分析。第四,設(shè)計(jì)并改造完成環(huán)流密封流體力測定系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)待測密封定子偏心及渦動比獨(dú)立、精確可調(diào),對不同工況下不同結(jié)構(gòu)型式的密封流體力合力進(jìn)行測定,并將試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果對比,驗(yàn)證本文所述人型槽液體環(huán)流密封泄漏量及動力學(xué)計(jì)算模型的可靠性。研究結(jié)果顯示,本文提出的針對螺旋槽轉(zhuǎn)子齒迷宮密封泄漏量及動力學(xué)特性系數(shù)的求解方法計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果一致,對泄漏量及動特性的計(jì)算精度比原分析方法更高。人型槽轉(zhuǎn)子齒與定子齒迷宮密封的流體力計(jì)算結(jié)果從定性及定量兩方面均與試驗(yàn)結(jié)果一致。此外,壓差對螺旋槽及人型槽迷宮密封性能的影響遠(yuǎn)大于轉(zhuǎn)速,幾何參數(shù)如螺旋角、長徑比、齒寬、槽寬等均對研究對象的密封及動力學(xué)性能有較大影響,且人型槽迷宮密封的各部分組合形式對其動力學(xué)特性有決定性作用。本文研究內(nèi)容與結(jié)論為離心泵口環(huán)密封、級間密封及平衡鼓密封等環(huán)流密封的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及軸系的整體優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。
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【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH311

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)會議論文 前1條

1 葉建槐;劉占生;;考慮入口預(yù)旋的迷宮密封非線性動力學(xué)特性研究[A];第八屆全國轉(zhuǎn)子動力學(xué)學(xué)術(shù)討論會論文集[C];2008年

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本文編號：2394309