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入口对水泵密封动特征的检测

在入口边界上,定义轴向速度和预旋(切向)速度。其中,ca88手机版轴向流速0.825m/s,预旋速度采用0、0.5、1和4m/s四组。出口采用0Pa静压条件。壁面采用无滑移条件,内壁面(转子表面)旋转速度1080r/min。涡动转子一密封流场采用改进准稳态方法进行数值模拟。四组不同预旋速度下计算出的动特性系数列于表1中。

表1:预旋速度对动特性系数的影响

模型c

m/s预旋

0.5 m/s预旋

m/s预旋

m/s预旋

A(N/m)

3.41E+05

3.02E+05

2.87E+05

2.53E+05

c (N*s/m)

5.81E+03

6.36E+03

6.52E+03

7.13E+03

M(kg)

4.22E+01

4.34E+01

4.32E+01

4.32E+01

A(N/m)

1.21E+06

1.24E+06

1.34E+06

1.82E+06

C(N*s)m)

3.00E+04

2.92E+04

2.93E+04

2.92E+04

表1显示预旋速度主要影响环形密封的主刚度系数尺、交叉刚度系数和交叉阻尼系数C,而对主质量系数M和主阻尼系数C的影响很小。ca88手机版厂随着预旋速度的增加,交叉阻尼c稍微上升,而主刚度系数尺随之减小、交叉刚度系数A随之增大。这表明强旋流对于密封流体的支撑作用以及转子-密封系统的稳定性具有不利影响。

图1:环形间隙内切向速度等值线图(间隙放大80倍显示)

环形间隙内切向速度等值线图(间隙放大80倍显示)

与入口预旋速度0.5m/s及1m/s条件下的计算结果相比,零预旋条件下计算的交叉刚度系数it与之相差并不是太大。这主要是因为长环形密封间隙本身就可以产生很强的旋流。图1显示的是零预旋条件下环形密封间隙内的切向速度分布。从图中可以看出,随着流体沿轴向流动,内侧旋转壁面的剪切作用逐渐向外侧静止壁面扩散,ca88手机版间隙内流体的切向速度逐渐增强,这与Morrison的LDA流场测试结果一致。


密封流体的旋流强度来源于两部分:一是,外部上游流体的预旋速度;另一是,转子转动下间隙内部的旋流增强作用。对于上游预旋作用,一般在密封间隙前设置反旋流装置进行抑制。而对于间隙本身的旋流增强作用,在流体机械中应尽量避免大长径比环形密封的使用,或者采用具有抑制效果的粗糙壁面阻尼密封,以保证转子密封系统的良好稳定性。


当环形密封数值模型的上游流域足够长时,两种入口边界条件计算出的动特性系数相近。即,经过足够长的上游流域时,入口速度条件在边界上设置不合理速度分布的影响已逐渐消除。相比之下,基于伯努利方程的入口总压条件更具有通用性,对带有短上游流域和长上游流域的密封模型都适用。而当密封上游流体的预旋速度已知时,则需采用入口速度边界条件,但采用的数值模型一定要有足够长的上游流域。


与实验结果对比发现,CFD方法的计算精度和可靠性依次上升。相比于传统准稳态方法,改进准稳态方法提升了交叉阻尼系数c、主质量系数M和主阻尼系数C的计算精度;而瞬态方法在此基础上,又对c和M的计算精度作了进一步的提升。瞬态方法的主质量系数M计算值几乎与实验值相等。而由于准稳态简化,传统准稳态方法对主质量系数M低估了近3/4,改进准稳态方法则低估了近一半。


入口预旋速度能够改变间隙流体的旋流强度,进而会对环形密封动力学特性造成影响。随着预旋速度的增加,主刚度系数尤随之减小而交叉刚度系数A:随之增大。这表明强旋流对于密封流体的支撑作用以及转子-密封系统的稳定性都具有不利影响。除上游流体的预旋作用外,环形ca88手机版密封间隙本身也能够提升流经介质的旋流强度。并且,环形密封越长,这种旋流增强作用也会越强。因此,在流体机械中,一方面要在环形间隙上游设置反旋流装置,以抑制上游流体的切向速度;另一方面,也要尽量避免使用大长径比环形密封。


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点击次数:  更新时间:2018-01-26 09:36:07  【打印此页】  【关闭