往复压缩机迷宫密封流场分析及典型密封结构优化设计研究

发布时间：2017-04-26 11:06

  本文关键词：往复压缩机迷宫密封流场分析及典型密封结构优化设计研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来，随着非接触式密封的迅速发展，机械制造业越来越青睐采用非接触式密封方式代替传统的接触密封方式，其中应用最普遍的是迷宫密封，被广泛用于石油化工、煤制气等工业机械设备中。迷宫密封方式使得机器在工作过程中避免了过度接触摩擦，具有毋需润滑、环保无污染等优点，因此迷宫压缩机可以进行洁净气体甚至有毒气体的压缩和输送。然而迷宫密封的不足之处在于非接触方式必然会产生泄漏，且泄漏量的多少对机器的工作效率及能量消耗有着重要影响，由于迷宫内部流场变化和迷宫结构尺寸大小对泄漏量的影响显著，所以对迷宫密封结构进行内部流场分析和结构优化有着重要意义。 本文针对6K-375MG迷宫压缩机中迷宫密封结构建立了二维与局部三维模型，准确选取了数学计算模型，采用CFD软件对其模型进行了网格划分和数值模拟，细致分析了典型迷宫密封结构内部流场情况，最后完成其优化研究。主要研究工作体现为以下内容： 1、回顾了迷宫密封的理论研究现状，重点介绍了迷宫压缩机及直通型迷宫密封的相关理论。 2、确定了初始迷宫密封的物理模型以及计算流体力学模型，应用FLUENT软件模拟了初始迷宫结构的内部流场，从三维角度和涡量进一步揭示了气体在该迷宫通道中的流动本质。 3、对影响迷宫密封性能的几种结构因素进行了数值模拟对比，通过对其内部流场的观察分析，探讨了不同密封结构尺寸对密封性能的影响，优化了该典型迷宫密封结构尺寸，其中包括间隙宽度、空腔深度、空腔宽度、深宽比、齿数等，有效地减少了泄漏量，为工程实践设计提供了可靠参考。 4、对最终优化模型进行了数值模拟，将模拟得到的泄漏量与经验公式计算结果进行对比，分析了优化前后的迷宫密封结构密封性能的优劣，结果证明优化后的密封结构的密封效果明显好于初始结构。
【关键词】：迷宫压缩机 迷宫密封 数值模拟 泄漏特性 结构优化
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH45;TH136
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 论文的研究背景及意义12-13
• 1.2 迷宫活塞压缩机简介13-16
• 1.2.1 迷宫活塞压缩机的基本结构13-15
• 1.2.2 迷宫与非迷宫压缩机的特点15-16
• 1.3 迷宫密封理论概述16-20
• 1.3.1 迷宫密封机理16-19
• 1.3.2 迷宫密封的类型19-20
• 1.3.3 迷宫密封的特点及应用20
• 1.4 迷宫密封的研究现状20-22
• 1.4.1 国外研究现状20-21
• 1.4.2 国内研究现状21-22
• 1.5 本文的主要研究内容22-24
• 第2章 CFD 软件及其分析方法简介24-41
• 2.1 CFD 数值模拟软件介绍24-25
• 2.1.1 FLUENT 软件简介24-25
• 2.1.2 Gambit 软件简介25
• 2.2 计算流体力学的理论基础25-32
• 2.2.1 流体流动分类25-27
• 2.2.2 流体流动描述方法27-28
• 2.2.3 流体力学基本方程组28-32
• 2.3 迷宫密封几何模型的建立32-33
• 2.4 数值计算模型的选定33-41
• 2.4.1 数值模拟计算的过程33
• 2.4.2 数值模拟计算模型的假设33
• 2.4.3 湍流模型33-38
• 2.4.4 网格划分38
• 2.4.5 模拟流场计算方法38-40
• 2.4.6 性能指标的选择40
• 2.4.7 模型物理参数、边界条件的设置40
• 2.4.8 计算结果收敛准则40-41
• 第3章 迷宫压缩机迷宫密封流场分析41-55
• 3.1 迷宫密封内二维流场分析41-46
• 3.1.1 几何模型的确立41-42
• 3.1.2 网格划分及边界条件的设置42
• 3.1.3 迷宫压缩机的基本参数42
• 3.1.4 模拟结果与分析42-45
• 3.1.5 湍流涡旋动能耗散分析45-46
• 3.2 迷宫密封内三维流场分析46-54
• 3.2.1 几何模型的确立46-47
• 3.2.2 网格划分及边界条件的设置47
• 3.2.3 模拟结果与分析47-49
• 3.2.4 涡量的输运和三维湍流的能量耗散49-54
• 3.3 二维流场与三维流场的对比54
• 3.4 本章小结54-55
• 第4章 典型密封结构优化设计研究55-87
• 4.1 密封间隙宽度的优化55-63
• 4.1.1 计算模型的确立55-56
• 4.1.2 计算结果及分析56-63
• 4.2 空腔结构形状的优化63-69
• 4.2.1 计算模型的确立63-64
• 4.2.2 计算结果及分析64-69
• 4.3 空腔深度、深宽比及齿形夹角的优化69-75
• 4.3.1 计算模型的确立69-70
• 4.3.2 计算结果及分析70-75
• 4.4 空腔宽度的优化75-83
• 4.4.1 计算模型的确立75-76
• 4.4.2 计算结果及分析76-83
• 4.5 齿数的优化83-85
• 4.6 气缸侧密封齿对整体迷宫密封结构的影响85-86
• 4.6.1 气缸侧密封齿大小对机器磨损的影响85-86
• 4.6.2 气缸侧密封齿形状对泄漏量的影响86
• 4.7 本章小结86-87
• 第5章 最终优化结果分析87-93
• 5.1 最终优化结果的确定87
• 5.2 最终优化结果的模拟分析与对比87-90
• 5.2.1 计算模型的确立87
• 5.2.2 计算结果及分析87-90
• 5.3 最终优化结果的泄漏量计算90-92
• 5.3.1 “粗糙间隙”计算方法90-91
• 5.3.2 Stodala 计算方法91
• 5.3.3 泄漏量对比分析91-92
• 5.4 本章小结92-93
• 总结与展望93-95
• 参考文献95-99
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果99-100
• 致谢100-101

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 朱高涛;刘卫华;;迷宫密封泄漏量计算方法的分析[J];润滑与密封;2006年04期

2 林丽;刘卫华;;齿型夹角对迷宫密封性能影响的数值研究[J];润滑与密封;2007年03期

3 杨军,曾军,康ng;直通型篦齿流场计算[J];燃气涡轮试验与研究;2002年04期

4 黄守龙,王建中;流动不稳定性对迷宫密封效率的影响[J];武汉工业大学学报;1999年01期

5 王建中，黄守龙;直通式迷宫密封的静态工作特性[J];武汉工业大学学报;1994年04期

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本文编号：328318