螺旋密封结构参数优化设计

基于CFD的螺旋槽干气密封槽型参数的优化富影杰;丁雪兴;吴振宁;张静【摘要】运用fluent软件对不同气膜厚度的螺旋槽干气密封内部微间隙三维流场进行数值模拟,得到它们流场的压力分布.通过不同厚度的气膜所产生的动压来获得它们气膜推力,再利用最小二乘法则拟合得到了气膜推力关于气膜厚度的解析式,最后求得气膜刚度,以最大气膜刚度为目标,对螺旋槽的槽深和螺旋角进行了优化.结果表明:气膜刚度是关于气膜厚度的负指数函数; 在本例中,当槽深为7.5μm、螺旋角为75°时气膜刚度最大,该优化程序为干气密封的优化设计提供理论基础.【期刊名称】《兰州石化职业技术学院学报》【年(卷),期】2010(010)001【总页数】4页(P4-7)【关键词】干气密封;螺旋槽;气膜刚度;CFD;最小二乘法【作者】富影杰;丁雪兴;吴振宁;张静【作者单位】兰州理工大学,石油化工学院,甘肃,兰州,730050;兰州理工大学,石油化工学院,甘肃,兰州,730050;兰州理工大学,温州泵阀工程研究院,浙江,温州,325105;大庆输油气分公司,黑龙江,大庆,163458;兰州理工大学,石油化工学院,甘肃,兰州,730050【正文语种】中文【中图分类】TQ051.8干气密封是目前旋转机械如压缩机、离心泵轴端密封中一种先进的非接触密封装置[1]。

目前最常用的端面槽形是螺旋线形,然而,在工程实践中,有些螺旋槽干气密封并没发挥出它的最大优势,其原因主要是槽形几何参数选择不合理。

为此,国内外学者一般采用有限元法[2-4]、实验测量法[5,6]及近似解析法[7,8]来获得螺旋槽干气密封密封槽内气体动压分布、气膜刚度及最佳的螺旋槽几何参数值。

本文不同于他们的是:应用基于有限体积法的fluent软件对不同气膜厚度的螺旋槽干气密封内部微间隙三维流场进行数值模拟,得到它们流场的压力分布。

通过不同厚度的气膜所产生的动压来获得它们气膜推力,再利用最小二乘法则拟合得到了气膜推力关于气膜厚度的解析式,最后求得气膜刚度,并以最大气膜刚度为目标,最终获得了最佳的螺旋槽几何参数值。

双螺旋槽端面密封结构参数的优化设计双螺旋槽端面密封结构是一种常用于压缩机、泵和涡轮机轴封的端面密封结构。

在该结构中，轴封有两个相互干涉的螺旋槽，与轴上的密封件配合，形成密封面。

该结构具有密封效果好、摩擦损失小、使用寿命长等优点。

因此，优化设计双螺旋槽端面密封结构参数对于提高其性能至关重要。

首先，影响双螺旋槽端面密封结构性能的参数有许多，如螺旋槽的宽度、深度和间距等，而这些参数会直接影响到密封性和摩擦特性。

因此，进行参数的优化设计是必要的。

一种常用的优化设计方法是通过数值模拟和实验验证相结合。

首先，利用计算流体动力学（CFD）软件对双螺旋槽端面密封结构进行数值模拟。

通过调整不同的参数来分析其对密封性和摩擦特性的影响，并寻找最优的参数组合。

同时，还可以利用实验装置对不同参数进行实验验证。

通过对比数值模拟和实验结果，验证数值模拟的准确性，并确定最优参数组合。

在优化设计中，需要考虑的因素有很多。

首先，应该考虑密封性能。

通过调整螺旋槽的宽度、深度和间距等来改善密封性能。

其次，还需要考虑摩擦特性。

通过优化设计参数，可以减小摩擦损失和磨损，提高端面密封的使用寿命。

此外，还需要考虑制造成本和可行性。

在优化设计参数时，需要考虑材料选择、加工工艺等因素，以确保设计方案的可行性和经济性。

总之，双螺旋槽端面密封结构参数的优化设计对于提高其性能具有重要意义。

通过数值模拟和实验验证相结合的方法，可以找到最优的参数组合，并优化结构性能。

同时，还需要考虑制造成本和可行性，以保证设计方案的实施性。

这将有助于提高双螺旋槽端面密封结构的密封性能和使用寿命。

螺旋筒结构的力学特性分析与改进设计螺旋筒结构在工程领域中被广泛应用，其独特的结构特性和力学性能受到了研究者们的关注。

本文旨在对螺旋筒结构的力学特性进行深入分析，并提出改进设计方案，以提高其在实际工程中的应用性能。

首先，我们需要了解螺旋筒结构的基本组成和工作原理。

螺旋筒结构通常由螺旋体和筒体两部分组成，螺旋体的螺旋升角、直径等参数会直接影响其承受载荷的能力。

而筒体的材料、厚度等参数则会影响整个结构的稳定性和耐久性。

因此，在对螺旋筒结构进行力学特性分析时，需要考虑到这些关键因素。

其次，我们可以通过有限元分析等数值模拟方法来研究螺旋筒结构在不同载荷情况下的变形和应力分布情况。

通过分析模拟结果，可以得出结构的强度、刚度等力学特性参数，为后续的改进设计提供依据。

在进行力学特性分析的基础上，我们可以针对螺旋筒结构存在的问题提出改进设计方案。

例如，在提高承载能力方面，可以通过优化螺旋体的螺旋形状和尺寸，增加筒体的厚度等方式来提高整个结构的强度。

同时，还可以考虑采用新型材料或结构设计，以增加结构的稳定性和耐久性。

此外，在改进设计过程中，还需要考虑到螺旋筒结构的制造和安装问题。

例如，如何确保螺旋体与筒体的连接牢固、结构的装配精度等都是需要重点考虑的问题。

通过综合考虑这些方面的因素，可以有效地改进螺旋筒结构的设计，提高其在实际工程中的应用性能。

梳理一下本文的重点，我们可以发现，是一个复杂而重要的课题。

通过深入研究螺旋筒结构的力学特性，我们可以更好地了解其工作原理和性能特点，并提出相应的改进设计方案，从而提高其在工程实践中的应用性能。

希望本文的研究成果能够为相关领域的研究和实际工程应用提供一定的参考价值。

2018年7月润滑与密封 Jul.2018第 43 卷第 7 期LUBRICATION E N G I N E E R I N G Vol.43 No.7DOI ：10. 3969/j. issn. 0254-0150. 2018. 07. 004双螺旋角槽干气密封的槽型优化设计#陈文奇李志强吴云柯张志红(北京航空航天大学能源与动力工程学院，航空发动机气动热力国家级重点实验室北京100191)摘要：建立单螺旋角槽干气密封的数学模型，利用数值方法分别研究槽数、螺旋角、槽深、气膜厚度、槽台比以$ 及转速对密封性能的影响规律，计算结果与文献的实验值基本吻合。

通过分析对比泄漏量、流场压力分布、平均开启^压力等密封性能参数，优化出性能最佳的干气密封几何结构参数。

针对单螺旋角槽在螺旋槽人口处的吸力面上存在明| 显的低压区的问题，提出双螺旋角槽干气密封结构。

计算结果表明：双螺旋角槽在密封端面之间产生平均开启压力高| 于单螺旋角槽；相比于单螺旋角槽，双螺旋角槽在吸力面的人口处的流动分离更加明显，在槽区产生的动压效应更加f 明显；双螺旋角螺旋槽的密封性能更佳，其气体泄漏量也低于单螺旋槽。

关键词：干气密封；单螺旋角；双螺旋角；平均开启压力；泄漏量中图分类号：T H136文献标志码：A文章编号：0254-0150 (2018) 07-023-08Optimization Design of Groove of Double Spiral Angle GrooveDry Gas SealCHEN Wenqi LI Zhiqiang WU Yunke ZHANG Zhihong(National Key Laboratory of Science and Technology on Aero-Engine Aero-thermodynamics,School of Energy and Power Engineering,Beijing University of Aeronautics and Astronautics,Beijing 100191,China) Abstract：Based on the dry gas seal of the single-spiral-angle groove,the mathematical model was established,and the effects of the groove number,spiral angle,groove depth,gas film thickness,ratio of groove and stage,speed on the seal per­formance were studied using the numerical simulation.The calculated results were in good agreement with the experimental values in the references.By comparing the seal performance parameters such as leakage,flow field pressure distribution and average opening pressure,the seal geometry parameters of the single-spiral-angle groove were optimized.Aimed at the prob­lem that there is obvious low pressure area on the suction surface of the spiral groove at the entrance of the single-spiral- angle groove,the dry gas seal of the double-spiral-angle groove was proposed.The computational results show that the aver­age opening pressure between the double-spiral-angle groove and the end face is higher than that of the single-spiral-angle pared with the single-spiral-angle groove,the flow separation at the entrance of the double-spiral-angle groove suction surface is more obvious,and the dynamic pressure effect in the groove area is also more obvious.The double-spiral- angle groove has better sealing performance,and its gas leakage is also lower than that of the single-spiral-angle groove.Keywords ：dry gas seal；single-spiral-angle；double-spiral-angle；average opening pressure；leakage干气密封是一种非接触式密封方式，密封元主要 由旋转动环和静环组成，当密封件工作时，由动环或 静环上的浅槽产生动压效应使动环静环之间产生气 膜，从而实现非接触式的机械密封[|]。

密封设计中的优化和创新密封设计在许多领域中扮演着至关重要的角色，它关乎到我们日常生活、工业生产和科技发展的方方面面。

密封设计的优化和创新是为了提高密封件的性能、延长使用寿命、减少能源消耗和环境污染。

本文将探讨密封设计中的优化和创新的关键因素、挑战和未来发展方向。

首先，密封设计的优化和创新需要考虑几个关键因素。

首要的是密封性能，即确保密封件在各种条件下能够有效防止液体或气体的泄漏。

这需要设计师从材料选型、几何形状以及制造工艺等方面进行精细调整。

其次，密封设计还需要考虑密封件的可靠性和耐久性。

在一些行业，如汽车制造、航空航天等，密封件的失效可能会导致重大事故发生。

因此，优化设计可以提高密封件的可靠性，增加其使用寿命，并减少维修和更换成本。

此外，密封设计还需要考虑密封件的摩擦和磨损特性。

在高速运动或高温环境下，密封件往往会受到较大的摩擦和磨损，导致性能下降。

因此，优化设计可以通过选用低摩擦材料、改进表面润滑和涂层技术等方式来减少摩擦和磨损。

另外，密封设计还需要考虑密封件的安装和维护便捷性。

在现代工业生产中，密封件的更换和维护会涉及到大量的时间和人力成本。

因此，优化设计可以通过简化密封件的结构，提供更便捷的安装和维护方式，从而降低生产成本和工时。

面对密封设计的优化和创新，我们也面临着许多挑战。

首先是材料的选择和性能匹配。

密封件通常需要在不同的温度、压力和介质条件下运行，这就对材料的性能提出了很高的要求。

此外，由于环境保护意识的增强，对于材料的可持续性和环境友好性的要求也在不断提高。

其次是制造工艺和技术的挑战。

密封件通常具有复杂的几何形状和微小尺寸，因此需要精密的制造工艺和高度的自动化程度。

同时，密封件的加工和组装也需要具备一定的技术水平和专业知识。

此外，密封设计还需要考虑到不同领域的特殊需求。

例如，航空航天领域对密封件的耐高温、高压和抗腐蚀性能要求较高；医疗领域对密封件的生物相容性和无菌性要求较高；食品和制药领域对密封件的安全性和卫生要求较高。

2008年9月第33卷第9期润滑与密封LUBR I C A TI ON EN GI N EER I N GSe p.2008V ol 133No 193基金项目:南京师范大学“大学生实践创新训练项目”.收稿日期5作者简介祝用华(—),男,2y z @y 111用L ING O 求解螺旋密封优化问题3祝用华　盛　倩　张　奕(南京师范大学动力工程学院　江苏南京210042)摘要:分析了L I N G O 求解优化问题的特点,介绍了L I N G O 求解有约束非线性优化问题的具体过程。

应用LI N G O 对螺旋密封封液能力进行了优化设计,并与MA T LA B 优化工具箱求解结果进行了比较,表明L I N G O 用于求解螺旋密封优化设计问题是可行的。

关键词:L I NG O;螺旋密封;优化设计中图分类号:T B42　文献标识码:A 文章编号:0254-0150(2008)9-082-3O pt im i za t i on Desi gn of Sp i ra l Sea l by Apply i n g L I NGOZhu Yonghua S he ng Q ia n Zha ng Yi(School of Po we r Enginee ring,Nanji ng Nor m al Univ e rsity,Nanjing Jiangsu 210042,China)A bstr ac t:The char acteristics of L I N G O in solving op ti m ization p r oble ms w ere illustrated.The p r ocesses to solve the op 2ti m ization p r oble m s w ith non linear c on straints by L I N G O wer e intr oduced.The op ti m ization design of sp iral seal w ith L I N 2G O was carried out,and the result was co mpared with that obtained by MATLAB op ti miz ation t oolbox .It is shown that L I N 2G O can be app lied t o solve the op ti m ization design of the sp iral seal .Keyword s :L I N G O;sp ir al seal;op ti m ization design　L I N G O 是L I NDO 系统公司(L I N DO Syste m s I nc)开发的一款专门用于求解最优化问题的软件,在最优化软件市场上占有很大的份额,尤其在供微机上使用的最优化软件市场上占有绝对优势[1]。

船舱隔壁螺旋槽旋转密封装置密封性能优化
曲佳辉;武兴伟;高珍;侯天柱;陈武超;李松山
【期刊名称】《润滑与密封》
【年(卷),期】2024(49)2
【摘要】为研究螺旋槽旋转密封装置用于船舱隔壁密封的密封性能,同时获取螺旋槽结构的最优取值范围,对螺旋槽各参数对泄漏量影响规律进行理论分析;选取泄漏量的显著性影响因素,采用Box-Behnken优化方法设计密封装置泄漏量试验,得到多型样机泄漏量测试结果;建立泄漏量和各影响因素间的数学模型,获得不同影响因素对泄漏量的二阶交互作用响应面,分析不同影响因素间交互影响规律。

结果表明:螺旋槽密封装置泄漏量随槽数、螺旋角和槽深比的增大均先增大后减小,随槽台比和槽坝比的增大则逐渐增大;建立的数学模型计算结果和试验数据相关性较强,表明该模型可用于准确预测船舱隔壁螺旋槽旋转密封装置泄漏量。

【总页数】10页(P187-196)
【作者】曲佳辉;武兴伟;高珍;侯天柱;陈武超;李松山
【作者单位】中国船舶集团有限公司第七一一研究所;中国船舶及海洋工程设计研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TB42
【相关文献】
1.螺旋槽干气密封和双向槽干气密封的简要比较
2.螺旋槽旋转密封瞬态启停工况动态特性分析
3.螺旋槽动压密封液膜汽化相变性能优化分析
4.基于质量守恒边界条件的螺旋槽旋转密封性能分析
5.阶梯收敛槽机械密封空化效应及密封性能优化分析
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