環(huán)形密封是泵、水輪機(jī)等流體機(jī)械中廣泛存在的局部結(jié)構(gòu),是關(guān)系到流體機(jī)械效率及性能的關(guān)鍵部位。泵口環(huán)密封作為環(huán)形密封的典型結(jié)構(gòu),主要通過(guò)盡可能小的圓柱形間隙達(dá)到滿足動(dòng)靜部件配合和減少高壓側(cè)介質(zhì)向低壓側(cè)泄漏的目的。隨著工藝水平的不斷提高,口環(huán)間隙可以做得越來(lái)越小,有效提高了泵的容積效率,但口環(huán)間隙的狀態(tài)與泵轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性直接相關(guān),如何使口環(huán)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩圓柱面保持非接觸,以避免碰撞、磨損等已成為急需深入研究的突出問(wèn)題。為此,提出微尺度條件下“密封壩+短螺旋淺槽”動(dòng)壓型口環(huán)結(jié)構(gòu),簡(jiǎn)稱螺旋槽動(dòng)壓型口環(huán),并以此為研究對(duì)象,采用數(shù)值模擬計(jì)算方法,分別針對(duì)螺旋槽動(dòng)壓型口環(huán)的密封性能和動(dòng)力特性進(jìn)行研究,并進(jìn)一步探究其對(duì)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速和穩(wěn)定性的影響。論文的主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:1、介紹了螺旋槽動(dòng)壓型口環(huán)密封動(dòng)力學(xué)模型的建立過(guò)程,探討了口環(huán)間隙流體流動(dòng)狀態(tài),進(jìn)行了網(wǎng)格無(wú)關(guān)性檢驗(yàn)和計(jì)算模型可靠性驗(yàn)證,采用層流和湍流模型分別模擬分析了不同轉(zhuǎn)速及偏心距條件下,短螺旋槽對(duì)口環(huán)密封的間隙流場(chǎng)壓力分布、主剛度特性、支反力、偏位角,以及泄漏量和摩擦轉(zhuǎn)矩等動(dòng)力特性及密封性能的影響規(guī)律。2、建立了螺旋槽動(dòng)壓型口環(huán)密封偏心渦動(dòng)時(shí)的動(dòng)力學(xué)模型,采用多旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系法,穩(wěn)態(tài)求解了螺旋槽動(dòng)壓型口環(huán)密封動(dòng)力特性系數(shù),并與光滑口環(huán)進(jìn)行對(duì)比,研究了不同間隙大小、進(jìn)出口壓差、轉(zhuǎn)速條件下的剛度和阻尼系數(shù)的變化規(guī)律及內(nèi)在機(jī)理。3、建立了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型,以某冷凝水泵的軸系為例,利用有限元軟件SAMCEF ROTOR進(jìn)行轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性分析,采用動(dòng)力學(xué)特性系數(shù)線性耦合的方法分析了口環(huán)密封對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力特性的影響,分別對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的“干態(tài)”和“濕態(tài)”進(jìn)行計(jì)算,研究螺旋槽動(dòng)壓型口環(huán)對(duì)軸系臨界轉(zhuǎn)速和穩(wěn)定性的影響規(guī)律,并具體分析了螺旋槽動(dòng)壓型口環(huán)不同位置所產(chǎn)生的影響效果。研究結(jié)果顯示,無(wú)論采用層流模型還是湍流模型,均能獲得類似的螺旋槽動(dòng)壓型口環(huán)密封動(dòng)力特性和密封性能,螺旋槽會(huì)產(chǎn)生動(dòng)壓效應(yīng)和泵送效應(yīng),在槽臺(tái)側(cè)尖角處產(chǎn)生低壓區(qū),槽壩側(cè)尖角處產(chǎn)生高壓區(qū);轉(zhuǎn)子偏心時(shí),螺旋槽能增大口環(huán)間隙主剛度和支反力,降低偏位角,從而提高轉(zhuǎn)子對(duì)中性能,大幅降低泄漏量,且對(duì)摩擦轉(zhuǎn)矩的影響可以忽略。對(duì)于口環(huán)動(dòng)力特性系數(shù),間隙越小,動(dòng)力學(xué)特性系數(shù)越大,螺旋槽在小間隙下影響較大,并使主剛度系數(shù)及交叉阻尼系數(shù)增大;螺旋槽口環(huán)剛度系數(shù)的絕對(duì)值隨口環(huán)兩側(cè)壓差增大而減小,但阻尼系數(shù)受壓差影響較小,壓差越大,螺旋槽口環(huán)剛度系數(shù)越趨向于光滑口環(huán)剛度系數(shù);轉(zhuǎn)速對(duì)螺旋槽口環(huán)動(dòng)力特性系數(shù)影響較大,主剛度系數(shù)和主阻尼系數(shù)隨轉(zhuǎn)速增大而增大,交叉阻尼系數(shù)隨轉(zhuǎn)速增大先增大后略有減小。針對(duì)本文冷凝水泵軸系,采用螺旋槽動(dòng)壓型口環(huán)并不會(huì)改變泵轉(zhuǎn)子原有的各階振型,但與光滑口環(huán)相比,可使前四階臨界轉(zhuǎn)速增大,其中正向渦動(dòng)的二階和四階增幅更大,同時(shí)五、六階最大振幅會(huì)隨螺旋槽動(dòng)壓型口環(huán)主剛度的增加而減小;二階正向渦動(dòng)時(shí)的最大振幅隨轉(zhuǎn)速的增加而減小,其減小幅度隨螺旋槽口環(huán)處剛度的增加而加大;第一級(jí)葉輪使用螺旋槽動(dòng)壓型口環(huán)時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)子一、二階臨界轉(zhuǎn)速影響最大,但螺旋槽動(dòng)壓型口環(huán)在不同位置的葉輪中使用對(duì)整軸最大振幅的影響不大。本文研究?jī)?nèi)容和結(jié)論將為液體環(huán)形密封動(dòng)力特性和密封性能以及轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的理論研究及工程分析提供依據(jù)和支撐。
【學(xué)位單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH38
【部分圖文】：

圖 1.1 多級(jí)離心泵中典型環(huán)形密封結(jié)構(gòu)g.1.1 Typical annular seal structure in multi-stage centrifugal p產(chǎn)生的環(huán)形間隙流動(dòng)一方面會(huì)造成容積損失，降低徑向力，從而對(duì)泵轉(zhuǎn)子的動(dòng)力特性產(chǎn)生影響。195

（a）人型槽 （b）螺旋槽 （c）齒型槽 （d）階梯型 （e）交錯(cuò)型圖 1.2 環(huán)形密封曲面造型Fig.1.2 Annular seal cylindrical modeling以上各類阻尼密封主要在較大間隙條件下使用，通過(guò)開(kāi)設(shè)深槽以達(dá)到增加流道復(fù)

圖 1.3 短螺旋槽動(dòng)壓型口環(huán)密封結(jié)構(gòu) of the short spiral-grooved dynamic pre的應(yīng)用研究現(xiàn)狀中應(yīng)用廣泛，如螺旋槽絲錐、螺旋
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王優(yōu)強(qiáng);律輝;劉前;;基于有限元法螺旋槽船舶尾軸承結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];艦船科學(xué)技術(shù);2015年12期

2 湯占岐;劉焜;王偉;劉小君;;轉(zhuǎn)動(dòng)與擺動(dòng)復(fù)合運(yùn)動(dòng)下脂潤(rùn)滑關(guān)節(jié)軸承的數(shù)值分析[J];應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué);2015年02期

3 劉小君;董磊;王森;李國(guó)瑞;劉焜;;微凹坑織構(gòu)表面對(duì)脂潤(rùn)滑關(guān)節(jié)軸承摩擦特性的影響[J];摩擦學(xué)學(xué)報(bào);2014年04期

4 張盟;王曉放;徐勝利;萬(wàn)學(xué)麗;;泵用不可壓縮流體密封剛度系數(shù)分析[J];哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào);2014年03期

5 王樂(lè)勤;周文杰;邢桂坤;姚德群;翟璐璐;吳大轉(zhuǎn);;小錐度環(huán)形密封轉(zhuǎn)子動(dòng)特性[J];排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào);2013年06期

6 李強(qiáng);劉淑蓮;于桂昌;潘曉弘;鄭水英;;非線性轉(zhuǎn)子-軸承耦合系統(tǒng)潤(rùn)滑及穩(wěn)定性分析[J];浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2012年10期

7 ;Application of Computational Fluid Dynamics and Fluid Structure Interaction Techniques for Calculating the 3D Transient Flow of Journal Bearings Coupled with Rotor Systems[J];Chinese Journal of Mechanical Engineering;2012年05期

8 李金明;王家序;肖科;吳松;;橡膠合金螺旋槽水潤(rùn)滑軸承流體域仿真分析[J];潤(rùn)滑與密封;2011年12期

9 孫興華;王躍方;郭婷;;離心泵轉(zhuǎn)子的濕態(tài)臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算及邊界環(huán)境對(duì)其動(dòng)力特性的影響[J];水泵技術(shù);2011年02期

10 平仕良;吳大轉(zhuǎn);譚善光;王樂(lè)勤;;大功率高壓多級(jí)離心轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2010年07期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 周文杰;多級(jí)離心泵轉(zhuǎn)子耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性研究[D];浙江大學(xué);2016年

2 翟璐璐;離心泵人型槽環(huán)流迷宮密封動(dòng)力學(xué)特性數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究[D];浙江大學(xué);2015年

3 蔣慶磊;環(huán)形密封和多級(jí)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)耦合動(dòng)力學(xué)數(shù)值及實(shí)驗(yàn)研究[D];浙江大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2884875