基于动网格的口环密封动特性研究及湿转子临界转速的计算

发布时间：2017-04-05 23:03

  本文关键词：基于动网格的口环密封动特性研究及湿转子临界转速的计算，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着工业的发展,转子系统不断向着高转速、大功率发展,传统的旋转机械已经无法满足日益加快的生产力需求;然而转速的提高会带来一系列问题,例如影响转子系统的稳定性、导致转子系统发生振动等,而振动又会影响设备的运行效率,严重的可能导致设备破坏。多级离心泵由于其结构复杂,存在很多小的环形间隙,间隙内的流体会对转子产生流体激振力,从而改变转子的动力特性。本文以一台十级离心泵为研究对象,在计算流体力学软件FLUENT中计算圆柱形口环密封和圆锥形口环密封的压力场和速度场分布情况;分析圆柱形口环密封和圆锥形口环密封的泄漏量随着压差的变化关系,比较两种密封的密封性能;计算分析了偏心、压差、轴向密封长度和转子转速等因素对密封性能的影响;用旋转坐标系法计算多级离心泵壳体前密封和壳体后密封的密封动力特性系数,并且计算了与壳体前密封几何尺寸和水力直径相同的圆锥形口环密封的密封动力特性系数,将圆柱形口环密封和圆锥形口环密封的转子动力特性系数进行比较;提出了一种基于动网格技术的计算阻尼动力特性系数的新方法,用动网格法计算圆柱形口环密封的转子动力特性系数,并且将其与Lindsey实验结果和旋转坐标系法得到的结果进行比较,验证动网格法的准确性;在Matlab中编译了计算转子系统临界转速的程序,计算了圆柱形口环密封转子系统和圆锥形口环密封转子系统的临界转速,比较了圆锥形口环密封和圆柱形口环密封转子系统临界转速的异同,分析了两种间隙密封的转子动力特性;在ANSYS中对Matlab计算程序的正确性进行了验证,将两种方法的计算结果进行了比较;计算比较了考虑密封支撑作用下的临界转速和不考虑密封支撑作用下的临界转速,分析了密封间隙内流体对多级离心泵的转子动特性的影响。研究结果表明:对于相同几何参数和水力直径的圆柱形口环密封和圆锥形口环密封,圆锥形口环密封的密封性能优于圆柱形口环密封的密封性能;圆锥形口环密封的刚度更大,圆锥形口环密封转子系统的临界转速远大于圆柱形口环密封转子系统的临界转速,圆锥形口环密封转子系统更加稳定,不易因转速达到临界转速而发生剧烈振动;转子系统的“干”、“湿”临界转速差别较大,密封间隙内的流体对转子系统转子动力特性的影响不能忽视。
【关键词】：多级离心泵 密封间隙力 临界转速 动网格技术 Matlab程序
【学位授予单位】：中国石油大学(华东)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH311
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-12
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 本文主要研究内容11-12
• 第二章 文献综述12-21
• 2.1 口环密封的研究现状12-18
• 2.1.1 口环密封的密封机理12-13
• 2.1.2 密封性能的影响因素13-14
• 2.1.3 密封间隙内流体流动状态14-15
• 2.1.4 密封动特性的研究15-18
• 2.2 临界转速研究进展18-21
• 2.2.1 临界转速的国内外研究现状18-19
• 2.2.2 临界转速的计算方法19-21
• 第三章 口环密封的密封性能研究21-38
• 3.1 口环密封研究的CFD基础21-24
• 3.1.1 流动控制方程21
• 3.1.2 湍流模型的选择21-23
• 3.1.3 控制方程的离散方法23-24
• 3.2 圆柱形口环密封的求解24-33
• 3.2.1 圆柱形口环密封的结构形式及其特点24-25
• 3.2.2 圆柱形口环密封的计算模型25
• 3.2.3 计算方法和边界条件25-26
• 3.2.4 网格数量的确定26-27
• 3.2.5 圆柱形口环密封内的流场分布27-30
• 3.2.6 各参数对密封性能的影响30-33
• 3.3 圆锥形口环密封的求解33-37
• 3.3.1 圆锥形口环密封的结构形式及其特点33
• 3.3.2 圆锥形口环密封的流场分布33-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第四章 多级离心泵口环密封动特性研究38-52
• 4.1 口环密封力模型38-39
• 4.2 刚度特性系数的计算39-42
• 4.2.1 壳体前密封环刚度系数的计算40
• 4.2.2 壳体后密封刚度系数的计算40-41
• 4.2.3 圆锥形口环密封刚度系数的计算41
• 4.2.4 刚度系数计算结果分析41-42
• 4.3 基于参考坐标系法阻尼特性系数的计算42-45
• 4.3.1 参考坐标系法42-43
• 4.3.2 壳体前密封环阻尼系数的计算43-44
• 4.3.3 壳体后密封环阻尼系数的计算44
• 4.3.4 圆锥形口环密封环阻尼系数的计算44
• 4.3.5 阻尼系数计算结果分析44-45
• 4.4 基于动网格技术的阻尼特性系数的计算45-50
• 4.4.1 动网格算法的理论基础45-46
• 4.4.2 动网格算法的实现过程46-47
• 4.4.3 动网格方法的可行性验证47-50
• 4.5 本章小结50-52
• 第五章 多级离心泵临界转速的计算52-63
• 5.1 转子系统动力学方程52-54
• 5.1.1 转子动力学的运动微分方程52
• 5.1.2 刚性圆盘的运动方程52-53
• 5.1.3 弹性轴段的运动方程53
• 5.1.4 密封支撑的运动方程53-54
• 5.2 转子系统湿态临界转速的计算54-58
• 5.2.1 基于Matlab程序的临界转速的计算54-56
• 5.2.2 转子系统几何参数56
• 5.2.3 临界转速计算结果分析56-58
• 5.3 MATLAB程序的验证58-61
• 5.3.1 在ANSYS中计算湿态临界转速的有限元模型58
• 5.3.2 临界转速的求解58-60
• 5.3.3 计算结果讨论60-61
• 5.4 “干”“湿”临界转速的比较61-62
• 5.5 本章小结62-63
• 第六章 总结与展望63-65
• 6.1 研究总结63-64
• 6.2 研究展望64-65
• 参考文献65-70
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果70-71
• 致谢71

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