国家自然科学基金(51165020)
- 作品数：32 被引量：133H指数：7
- 相关作者：丁雪兴张伟政陆俊杰刘勇苏虹更多>>
- 相关机构：兰州理工大学中国航发湖南动力机械研究所浙江大学更多>>
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- 相关领域：化学工程机械工程一般工业技术建筑科学更多>>
- 热弹变形下螺旋槽干气密封泄漏量的计算与分析被引量：3
- 2014年
- 螺旋槽干气密封在高速旋转时内部会产生一定量的热,导致密封环发生热弹变形,从而对密封性能产生影响.在速度滑移边界条件下,求出螺旋槽内的气膜压力和气膜速度,推导出气膜的能量方程,进而利用气膜的压力、速度和能量方程,通过Maple和Matlab软件求解槽内气膜的温度分布.然后由热弹变形理论,求解出密封环的变形量,获得螺旋槽内气膜厚度的解析式.利用广义雷诺方程求出理论泄漏量,并与泄漏量的实验值进行比较.研究结果表明:随着气体从外径流入内径,槽内温度的分布规律是先升高后降低,槽根部周围温度较高;热弹变形量与温度变化的规律一致,而气膜厚度的变化趋势与之相反;干气密封中的泄漏量随变形量增大而增大,有变形量的泄漏量更接近于实验值.
- 丁雪兴刘勇苏虹吴昊闫飞
- 关键词：干气密封热弹变形泄漏量
- 热耗散变形下干气密封系统轴向振动稳定性分析被引量：13
- 2016年
- 基于非线性振动理论,建立了气膜-密封环系统轴向振动模型,同时考虑了热耗散有热弹变形对气膜厚度和刚度的影响。在特定的工况下,求解并拟合了非线性气膜的轴向刚度和阻尼,获得了一个非线性受迫振动微分方程。在无外激励情况下,通过求解Floquet指数,讨论了系统分岔的问题,分析了螺旋角对系统稳定性的影响,得到了干气密封系统稳定运行的螺旋角范围,并求得螺旋角为75°54′36″时系统发生Hopf分岔。将数据结果与无热耗散有热弹变形、无变形下的数据进行比较。研究结果表明:考虑热耗散有热弹变形下的系统稳定的螺旋角范围比无热耗散有热弹变形和无变形的螺旋角范围更大。热耗散热弹变形下发生Hopf分岔的分叉点位置相比无热耗散有热弹变形和无变形的分岔点更加突出。这与先前利用龙格-库塔法研究的结果一致,从而验证该方法的正确性。其结果说明,热耗散有热弹变形对干气密封系统的稳定运行有一定的干扰,对工程实际具有一定应用价值。
- 丁雪兴陆俊杰刘勇张英杰
- 关键词：干气密封热耗散分岔稳定性
- 螺旋槽干气密封微尺度气膜的温度场计算被引量：13
- 2014年
- 螺旋槽干气密封在高压、高速旋转时内部会产生一定量的热,导致密封环发生热弹变形,从而使运行不稳定和泄漏量增大。首先在速度滑移边界条件下,求出气膜压力和气膜速度;然后推导出气膜的能量微分方程,同时引入温度阶跃边界条件,进而利用气膜的压力、速度和能量方程,通过Matlab软件数值计算得到气膜的温度分布。结果表明,随着气体从外径流入内径,气膜速度的分布规律是先降低后升高,槽根部周围速度较低;随着气体从外径流入内径,气膜温度的分布规律是先升高后降低,槽根部周围温度较高;考虑温度阶跃下的温度分布与不考虑温度阶跃下的温度分布相差较小,可以不予考虑温度阶跃对干气密封气膜温度的影响。
- 丁雪兴刘勇张伟政张英杰
- 关键词：干气密封微尺度气膜流体力学
- 干气密封高转速试验台转子固有频率的计算及分析被引量：4
- 2017年
- 为了避免所设计的干气密封高转速试验台转子在高转速运行过程中发生共振现象,应用传递矩阵法计算其固有频率,得到该转子系统在干气密封动静环质量为33.78 kg时,其固有频率为14 044.586 r/min。并用有限元方法分析该转子系统在其固有频率附近运行时的模态,得到四阶模态下的振型图。对比分析两种方法所求解的结果可知,虽然传递矩阵法和有限元方法简化的模型不相同,但结果都表明该转子系统所设计的转速能够满足要求,说明干气密封高转速试验台转子设计的合理性。
- 丁雪兴吴媛媛张伟政翟霄陆俊杰
- 关键词：干气密封高转速固有频率传递矩阵有限元
- 热耗散下螺旋槽干气密封气膜刚度的计算与分析被引量：3
- 2014年
- 通过二阶非线性滑移边界条件下的雷诺方程并用PH线性化方法和迭代法求得螺旋槽内的气膜推力和气膜压力,并推导了其气膜厚度,得到二阶非线性滑移边界条件下气膜刚度的近似解析式,推导出考虑热耗散下的气膜能量微分方程;利用气膜的压力、能量方程、二阶非线性滑移边界条件下气膜刚度的近似解析式,通过Matlab软件求得螺旋槽内气膜刚度在不同压力、转速、槽深、螺旋角下的分布。结果表明:随着压力、转速、槽深的增大,气膜刚度随之增大,并在槽根部附近达到最大值,且气膜刚度的变化呈非线性;在槽深为6μm、介质压力为0.4MPa、转速为8700r·min-1、环境压力为101.3k Pa的工况下,螺旋角为75°左右时,气膜刚度最大。通过本文设计的在不同介质压力下的试验表明,通过能量微分方程计算所得的考虑热耗散下的气膜刚度数值比不考虑热耗散的气膜刚度数值更接近试验值。本文结果对优化干气密封结构参数、提升干气密封性能十分重要。
- 丁雪兴张英杰刘斌刘勇
- 关键词：气膜刚度热耗散
- 干气密封环磨合过程摩擦振动信号混沌特性分析被引量：5
- 2021年
- 磨合对防止干气密封环端面发生咬合、延长密封环使用寿命等具有一定影响,因而研究干气密封环在磨合过程中的变化特征,识别磨合状态有着重要意义。利用集合经验模态分解法(EEMD)提取端面间的摩擦振动信号,通过相空间重构,得到了摩擦振动信号的相轨迹和混沌参数。利用主分量分析法(PCA)和最大Lyapunov指数判别法,验证摩擦振动信号时间序列的混沌特性;并研究了吸引子结构演化轨迹及其特征参数关联维数的变化规律。结果表明:当转速为500 r/min、载荷为150 N和450 N时,磨合到稳定的过程中,各个摩擦振动信号时间序列的最大Lyapunov指数全部大于0,主成分分量谱图基本呈一条斜率为负的直线,摩擦振动信号具有混沌特征;当密封环间的磨损状态由跑合阶段到稳定阶段变化时,其对应的摩擦振动吸引子变化趋势为更加"收敛—稳定";混沌特征参数关联维数D值皆随着磨合过程的进行由小变大,当摩擦进行到正常磨损阶段后,D值都保持在较小范围浮动,达到平稳。因此,混沌吸引子及关联维数D皆可反映密封环端面间的磨合过程,可用于干气密封环端面间磨合状态的监测和识别。
- 陈金林丁雪兴唐莉萍
- 关键词：干气密封混沌
- 干气密封螺旋槽内润滑气膜的热力过程被引量：5
- 2012年
- 基于滑移边界条件下的雷诺方程,不考虑密封环的变形,通过PH线性化方法、迭代法求解获得了气膜压力函数式.根据气膜微尺度流体流动过程中的熵变方程,得到了螺旋槽内气膜温度场分布.考虑微槽道内气流在不同阶段的熵变过程,分析了气膜温度场在不同多变指数下的分布规律,进而在不同多变指数下计算出密封环的热弹变形量及气膜厚度近似表达式,利用广义雷诺方程求解热弹变形下的气膜压力分布.在不同多变指数下对泄漏量进行计算并与无变形时的理论泄漏量进行比对.结果表明:随着气体从外径流入内径,槽内温度先升高后降低,密封环的变形量先增大后减小,泄漏量随变形量增大而变大,从而对密封性能产生影响.试验验证了泄漏量在采用不同多变指数时更接近于实际工况.这为螺旋槽干气密封的优化设计奠定了理论基础.
- 韩明君李有堂苏虹丁雪兴俞树荣
- 关键词：热力过程螺旋槽热弹变形
- 倾斜菱形孔端面密封的性能研究被引量：2
- 2016年
- 基于流体润滑理论模型,采用数值模拟的方法分析几何参数和操作参数对机械密封泄漏率、液膜刚度和开启力的影响规律,探讨倾斜菱形孔上、下游泵送效应对密封性能的影响机理。结果表明,双向倾斜菱形孔织构端面能够使机械密封的动压效应显著增强,泄漏率明显降低及液膜稳定性更可靠;在较低转速时,双向倾斜菱形孔织构可使密封端面迅速打开,能够有效减少启动时两端面间的摩擦和磨损,同时还能降低倾斜菱形孔织构密封的泄漏率;在研究的工况条件下,非倾斜菱形孔织构密封的液膜稳定性(即变工况自适应能力)在三者(即双向、单向与非倾斜菱形孔织构密封)中是最佳的;并得到了倾斜菱形孔端面密封的反向开孔比、孔倾角、面积比和孔深等几何参数的优化取值范围。
- 程香平孟祥铠彭旭东张友亮康林萍
- 关键词：机械密封动压效应
- 超临界二氧化碳微尺度干气密封性能分析被引量：6
- 2020年
- 为研究超临界二氧化碳干气密封的密封性能,在考虑实际气体效应、惯性效应和湍流效应的情况下,利用Solidworks软件建立一个周期的螺旋槽计算域几何模型,导入ICEM软件进行结构化网格划分,采用REFPROP软件获取超临界二氧化碳物性相态数据,并将这些物性参数编译成CFD的计算程序对超临界二氧化碳干气密封流场进行数值模拟。研究结果表明:在干气密封中超临界二氧化碳的密度和黏度从外径到内径先升高后降低,在槽根部最大,而温度沿外半径到内半径的方向逐级递减;随着螺旋槽深度的增加开启力先增大后减小,而泄漏量随着槽深单调增加,其中槽深对开启力的影响较小,对泄漏量的影响较大;转速的增大使气膜开启力和泄漏量均单调增加,而气膜间隙的增加使气膜开启力减小,泄漏量增加。综合考虑密封稳定性,当气膜厚度为3.05μm、槽深为5.05μm时,研究的超临界二氧化碳干气密封的整体密封性能达到最佳。
- 马高峰丁雪兴张伟政徐洁陆俊杰
- 关键词：超临界二氧化碳干气密封微尺度物性参数
- 泵用串联式干气密封的优化设计及其性能校核被引量：3
- 2014年
- 通过多目标优化理论构建了螺旋槽气膜开启力与泄漏量之比的协调函数,并利用该目标函数,通过Maple软件,对泵用串联式干气密封进行近似求解,获得螺旋槽的最佳槽形参数,获得气膜厚度2.14μm.应用Solidworks软件建立螺旋槽和气膜模型,并利用Gambit软件对模型划分网格.运用Fluent软件,在给定的工作条件下,对螺旋槽内部微间隙三维气体流场进行数值模拟,得到了速度分布、压力分布和泄漏量等数据,经计算得到最终的气膜厚度2μm,与优化气膜厚度的误差仅为6.5%.从而证明可以利用该方法对此类干气密封装置进行优化设计及性能校核.
- 陆俊杰丁雪兴张伟政翟霄
- 关键词：干气密封优化设计数值模拟
