| 加入桌面 | 手机版 | 无图版
中国胶粘剂行业
电子商务服务平台
 
当前位置: 中国胶粘剂网 » 行业资讯 » 技术资料 » 基于FLUENT技术迷宫密封的结构优化

基于FLUENT技术迷宫密封的结构优化

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-11-15  来源:中国胶粘剂网  浏览次数:506

  迷宫密封具有结构简单、使用方便、性价比高、工作可靠等优点,被广泛应用于压缩机、透平膨胀机、汽轮机等流体机械中,因为迷宫密封的转子和机壳间存在间隙,无直接接触,因此迷宫密封可以适应高温、高压、高转速频率的场合m.通过计算相同压差下泄漏量的大小可以衡量迷宫密封性能的好坏,泄漏量越小说明迷宫密封的性能越好。近几十年来,各国学者对迷宫密封做了很多的研究,也提出了很多迷宫密封的泄漏量的计算方法,如Martin公式、Egli计算方法、Kearton计算方法s ala计算方法26,但是这些方法大都只适用于定的范围,并不具有通用性,本文通过FLUENT仿真软件计算气体在迷宫密封中的泄漏量,经相关7试验验证,FLUENT数值仿真结果与试验结果变化规律―致,误差在可控范围内。于是同时分析当转子按照一定的转速旋转时,气体在迷宫密封中的速度与压力分布,研究不同间隙宽度和空腔深度与泄漏量之间的关系,并基于仿真结果对迷宫密封进行改进,改进后的迷宫密封结构可以有效减少气体的泄漏量。

  2齿顶间隙泄漏量的数值计算分析2.1模型的建立迷宫密封的齿形是影响密封特性的一个重要参数,常见的迷宫齿形有三角形齿、矩形齿和梯形齿等,本文的研究重点为矩形齿,本文以压缩机迷宫密封结构为例,如所示为矩形迷宫密封的结构,迷宫结构级数为4级,其尺寸如所示矩形迷宫密封的结构2.2控制方程及模拟条件2.2.1控制方程流体在迷宫密封中的流动要满足湍流方程、质量守t旦方程、动量守t旦方程和能量守t旦方程。

  其守恒方程的通用形式为8:速度矢量。――通用变量r―广义扩散系数s―广义源项通用形式的展开式为:2.2.2模拟条件气体在迷宫密封内的流动过程,可以认为是二维稳态标准湍流流动B13.考虑到迷宫密封的密封间隙小以及气体的黏性、可压缩性等特性,在计算中采用标准K-S湍流模型来描述。迷宫密封内的工作介质设为可压缩气体,左端为入口压力,表压为0.15MPa,进口温度为300IK转子的旋转速度为3000r/min,右端为压力出口边界,压力为标准大气压。

  2.2.3网格密度对仿真计算的影响网格的大小对迷宫密封的仿真计算结果有一定的影响,以所示模型为基础,计算不同的网格数量对于泄漏量的影响,结果如所示。

  网格尺寸(mm)网格尺寸与泄漏量之间的关系从图中可以看出,当网格尺寸从小逐渐变大时,即对应网格数量由多到少时,泄漏量的变化量也越来越大,而当网格为0.0075、。

  01时,两者的泄漏量相差很小,但是网格数量却相差很大,因此仿真计算时耗时很大,所以在保证计算精度的前提下,为了节约仿真计算时间,本文网格尺寸采用0.01mm,以后的模型网格划分也以此网格尺寸为准。

  3仿真结果分析按照2.2中的控制方程及模拟条件对迷宫密封模型进行仿真计算,得到气体在迷宫密封模型中的速度矢量图及压力云图,如、所示。

  气体在迷宫密封中的速度矢量气体在迷宫密封中的压力云图从速度矢量中可以看出,当气体从左端进口进入迷宫密封后,由于进口端缝隙很小,流体在节流作用的影响下,气体速度较大,当气体进入到两齿之间的空腔时,由于通流面积突然增大,气体在空腔内形成很强的漩涡,从而使齿缝出来的气体速度急剧下降,气体在空腔中形成很强的漩涡,将动能转化为热能,从而使气体经过一个空腔后的压力也随之降低(从压力云图中可以明显看出,从左端入口到右端出口,气体在空腔中的压力呈逐渐递减的趋势,气体在出口处压力达到最低值)。迷宫密封中气体的流动为两种状态,―种为在气体在缝隙中的射流状态,另一种为气体在空腔中的紊流状态。迷宫密封的密封效果主要就是通过节流间隙的节流过程和空腔中的动能耗散过程实现的。

  3.1间隙宽度的影响流体机械迷宫密封仿真模型的计算条件与2.2节相同,分别建立间隙宽度b从0.1~0.5mm变化时的5组模型,并分别对这5组模型进行仿真计算,得到的间隙宽度与泄漏量之间的关系如所示。

  间隙宽度(mm)间隙宽度对泄漏量的影响从图中可以看出:泄漏量随着间隙宽度的增大而增加,这是因为随着间隙宽度的增大,节流作用就会越小,射流与空腔中的漩涡流动质量、能量交换也随之减少,导致泄漏量变大。当气体在迷宫密封中的流动处于湍流状态时,泄漏量与间隙宽度b15成正比关系,仿真结果与其这一规律相符,从此规律可以得知间隙越小,密封性能越好,但是在实际设备的运行中,因为热膨胀及装配的原因,如果间隙太小则会导致转子与迷宫密封相接触,从而损坏设备或迷宫密封,影响设备的正常工作,因此间隙宽度的选择需要综合考虑各方面的因素。

  3.2空腔深度的影响迷宫密封仿真模型的计算条件与2. 2节相同,分别建立空腔深度从0.25~1.25mm变化时的5组模型,并分别对这5组模型进行仿真计算,得到的空腔深度与泄漏量之间的关系如所不。

  空腔深度(mm)空腔深度对泄漏量的影响如图所示,当空腔深度从0.25化时,泄漏量随着空腔深度的增加迅速减小,这是因为空腔内的漩涡能量耗散更充分,当空腔深度大于0.75mm时,泄漏量随着空腔深度的增加而缓慢减小,这是因为随着空腔深度的不断增加,导致在深处(空腔上部)的气体流动几乎静止,其对于漩涡能量耗散的作用很小,所以泄漏量的减少缓慢。如~9所示为空腔深度分别为0.5、1mm和1.25mm时气体在迷宫密封中的流速矢量图,从中可以看出,当空腔深度为0.5mm时,在空腔上部,气体速度较大,因为深度较浅的原因动能耗散不充分;如所示,当h=1mm时,漩涡能量基本可以充分耗散,空腔顶部气体的流速很低,如所示,当h为1.25mm时,在空腔顶部的速度值很小,气体的流动几乎静止,空腔上部很大部分的气体基本没有参与漩涡能量耗散。

  空腔深度为0.5mm时气体的速度矢量空腔深度为1mm时气体的速度矢量空腔深度为1.25mm时气体的速度矢量4迷宫密封的改进工程应用中,因为设备壳体基本是固定的,迷宫密封要按照在壳体上,这也就意味着迷宫密封的总长和总高不会变化,因此在迷宫密封的结构优化上,保持L、b和h不变(即总长和总高不变),通过改变其它尺寸分别建立如表1所示改进后的4组模型。

  型模有型型型型原模模模模表1改进后模型尺寸序列号级数模型A模型B模型C模型D按照表1所示的尺寸,分别建立改进后的四组模型,仿真模型的计算条件与2.2节相同,分别对这4组模型进行仿真计算,得到如0所示气体在不同模型下泄漏量随压差之间的变化规律。

  0不同模型下泄漏量与压差之间的变化关系如0所示为不同模型下泄漏量与压差之间的变化关系,从图中可以看出,对于任意一个迷宫密封模型来说,泄漏量与压差成正比关系,即压差越大,泄漏量越大,而且其变化关系接近于线性。与原有模型相比,模型A、B、C、D气体的泄漏量在不同程度上都要小于原有模型的泄漏量,最为明显的是模型D,在相同压差下,模型D要比原有模型的泄漏量小很多,如在压差为0. 25MPa时,模型D的泄漏量相对于原有模型减少了-0.25皿卩区间内,模型D的平均泄漏量比原有模型减少了12. 18%.由此可以看出,在不改变迷宫密封总长和总深度的情况下,模型D可以有效减少迷宫密封的泄漏量,提高迷宫密封的密封性能。

  5结论通过FLUENT计算气体在迷宫密封中的泄漏量,直观地观察气体在迷宫密封中的压力与速度分布情况,分析了迷宫密封的工作原理,并研究了间隙宽度和空腔深度对泄漏量的影响,分析得知:(1)泄漏量随着间隙宽度的增大而增大,反之亦然;泄漏量在起始阶段随着空腔深度的增加而迅速减小,当空腔深度到达某值时,在继续增加空腔深度的情况下,泄漏量减小缓慢;(2)在不改变迷宫密封总长和总高度的情况下,得到四组改进后的矩形迷宫密封模型,并分别对其进行仿真计算,与原有的迷宫模型相比,改进后的迷宫密封模型在不同程度上都比原有模型的泄漏量少,其中以模型D最为明显,与原有模型相比,平均泄漏量减少了12.18%.

分享与收藏:  行业资讯搜索  告诉好友  关闭窗口  打印本文 本文关键字:
 
推荐图文
推荐行业资讯
最新文章
 
关闭