油氣兩相回流泵送密封的性能研究.pdf

1、近年來，隨著技術(shù)進(jìn)步，旋轉(zhuǎn)設(shè)備的轉(zhuǎn)速不斷提高。油氣兩相潤滑技術(shù)因效率高、潤滑效果好、能耗小等優(yōu)點，越來越多的應(yīng)用于高速工況。但隨之而來的油氣兩相潤滑的密封問題成為制約其發(fā)展的技術(shù)瓶頸。為此，本文提出了功耗小、無油泄漏、壽命長的油氣兩相回流泵送密封(OG-BPS)，用于油氣兩相潤滑工況。并展開對密封的流體域流場、溫度場、端面變形的模擬，以及密封穩(wěn)態(tài)性能和結(jié)構(gòu)優(yōu)化的理論分析和試驗研究。
　　利用ANSYS Workbench軟件中的S

2、teady-State Thermal、Static Structural和Fluent模塊，在考慮密封端面熱變形和壓力變形的基礎(chǔ)上，對油氣兩相回流泵送密封進(jìn)行流-固耦合分析。得到密封的端面熱變形、力變形以及端面間流體域流場的壓力、速度和相態(tài)分布規(guī)律。密封端面變形超過微米級，采用流-固耦合計算的結(jié)果更加準(zhǔn)確。密封產(chǎn)生了明顯的動壓效應(yīng)，端面間槽區(qū)和堰區(qū)流體接近純氣相，壩區(qū)為油氣兩相狀態(tài)，密封能夠?qū)崿F(xiàn)無油泄漏的效果。
　　對比分析了油

3、氣兩相回流泵送密封開啟狀態(tài)和未開啟狀態(tài)時的密封溫度場和端面變形，得到不同操作參數(shù)下的密封端面溫度變化規(guī)律。開啟狀態(tài)時，密封端面應(yīng)力和變形隨螺旋槽呈周期性變化。未開啟狀態(tài)時，端面接觸狀態(tài)為發(fā)散間隙，密封端面溫度明顯高于開啟狀態(tài)。
　　基于微流場的模擬結(jié)果，探討不同操作參數(shù)（如轉(zhuǎn)速、壓差、液氣比和液滴顆粒大?。τ蜌鈨上嗷亓鞅盟兔芊夥€(wěn)態(tài)性能的影響。得到密封穩(wěn)態(tài)性能參數(shù)（如油氣兩相膜開啟力、油氣兩相膜剛度、氣相倒吸率、液相泄漏率和摩擦功

4、耗）的變化規(guī)律。轉(zhuǎn)速增加能使回流泵送作用增強(qiáng)，提高密封性能。當(dāng)密封工況為負(fù)壓差時，液氣比對密封性能無顯著影響。
　　分析了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)（如螺旋槽、槽深、槽數(shù)、槽寬比和槽壩比）對密封穩(wěn)態(tài)性能的影響，得到了密封穩(wěn)態(tài)性能參數(shù)的變化規(guī)律。螺旋角α=16°～18°，槽數(shù)Ng=12～15個，槽寬比δ=0.55～0.6時密封的穩(wěn)態(tài)性能最優(yōu)。結(jié)合單參數(shù)的分析結(jié)果，對密封的結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合分析，采用正交優(yōu)化法得到密封的最優(yōu)結(jié)構(gòu)，可用于指導(dǎo)工程設(shè)計。