本文關(guān)鍵詞：離心壓縮機(jī)迷宮密封封嚴(yán)性與穩(wěn)定性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：離心壓縮機(jī)在石油化工行業(yè)中被廣泛運(yùn)用,在此類裝置中,為了平衡工作的壓力安裝有平衡盤等裝置。為了提升工作效率、在口環(huán)、級間、平衡盤等處安裝了非接觸式的密封。迷宮密封的結(jié)構(gòu)簡易,工作穩(wěn)定,并且與轉(zhuǎn)子非接觸性,被廣泛的運(yùn)用在透平機(jī)械中。密封的封嚴(yán)性對壓縮機(jī)效率有重要影響,氣體通過流道帶來的密封激振力威脅著系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性。研究迷宮密封的節(jié)流機(jī)理,優(yōu)化密封的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),對提升機(jī)組效率與安全性有重要幫助,是值得研究的重要課題。本文首先研究了迷宮密封的節(jié)流機(jī)理,了解了膨脹空腔耗散效應(yīng)和密封齒間隙的節(jié)流效應(yīng)；同時(shí)分析了密封氣體激振力的產(chǎn)生原因,研究了計(jì)算密封氣體力的理論公式。以離心壓縮機(jī)迷宮密封為研究對象,建立迷宮密封三維計(jì)算模型,采用標(biāo)準(zhǔn)κ-ω湍流模型和SIMPLEC壓力-速度耦合算法分析了迷宮密封節(jié)流機(jī)理以及流場特性,并對比了經(jīng)驗(yàn)公式與整體流程序的計(jì)算結(jié)果,驗(yàn)證了本文模型和邊界條件設(shè)置的正確性。迷宮密封通過密封間隙和腔體中間產(chǎn)生了膨脹效應(yīng),形成的渦旋完成了動能與熱能的轉(zhuǎn)換,達(dá)到密封封嚴(yán)作用。在流場分析基礎(chǔ)上,對比了直通式,矩形凹槽和圓形凹槽迷宮密封在不同工況下封嚴(yán)性。研究表明,增大進(jìn)出口壓比,增大密封間隙會降低密封封嚴(yán)性；增大轉(zhuǎn)速和預(yù)旋率,泄漏量會輕微增加。凹槽結(jié)構(gòu)密封因?yàn)槠茐牧吮诿孢B續(xù)性,并且形成了小渦旋,增大了動能耗散,封嚴(yán)性提高,圓形凹槽略優(yōu)于矩形凹槽,為迷宮密封的優(yōu)化設(shè)計(jì)和工況的影響提供依據(jù)。密封激振力對系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性會產(chǎn)生很大影響,在流場分析基礎(chǔ)上,以直通式迷宮密封為基礎(chǔ),研究了不同工況下迷宮密封動特性及穩(wěn)定性。利用旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系模擬轉(zhuǎn)子的渦動,利用小擾動假設(shè)求解阻尼與剛度,引入渦動頻率比來表征穩(wěn)定性特點(diǎn)。結(jié)果表明：增大進(jìn)出口壓比與預(yù)旋率,系統(tǒng)穩(wěn)定將大大降低；負(fù)預(yù)旋率能夠增加系統(tǒng)穩(wěn)定性；擴(kuò)大密封間隙能夠提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。為系統(tǒng)穩(wěn)定性評價(jià)與工況的影響提供了依據(jù)。本文針對動特性及穩(wěn)定性的主要作用因素預(yù)旋率,分析了含入口防旋裝置對迷宮密封封嚴(yán)與動特性的影響。研究表明：防旋裝置減小了流通面積和周向速度,泄漏量有所降低；防旋裝置降低了周向速度,從而降低了交叉剛度,增加了直接阻尼,使得穩(wěn)定性得到提高,為設(shè)計(jì)穩(wěn)定性更強(qiáng)的結(jié)構(gòu)以及工業(yè)中使用的防旋裝置提供了依據(jù)。運(yùn)用轉(zhuǎn)子動力學(xué)軟件Samcef建立簡化的密封軸承轉(zhuǎn)子的模型,研究了含有密封和防旋裝置結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速的影響。后處理計(jì)算系統(tǒng)穩(wěn)定性指標(biāo)對數(shù)衰減率。研究表明：含有迷宮密封和防旋裝置會增加系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速。工程中應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)工作轉(zhuǎn)速不在此范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)；含有迷宮密封的系統(tǒng)在轉(zhuǎn)速為10500r/min下對數(shù)衰減率低于0.1,發(fā)生了失穩(wěn),安裝防旋裝置提高了對數(shù)衰減率,系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定。
【關(guān)鍵詞】：數(shù)值模擬 迷宮密封 凹槽結(jié)構(gòu) 動特性系數(shù) 防旋裝置 穩(wěn)定性
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH452
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 緒論9-16
• 1.1 研究的背景和目的,意義9-10
• 1.2 迷宮密封國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 迷宮密封實(shí)驗(yàn)研究10-12
• 1.2.2 迷宮密封數(shù)值研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.3 迷宮密封激振力的研究13
• 1.3 本文研究主要內(nèi)容及思路13-16
• 1.3.1 本文的主要研究內(nèi)容13-14
• 1.3.2 本文的主要創(chuàng)新點(diǎn)14
• 1.3.3 研究思路14-16
• 第2章 迷宮密封機(jī)理與分析方法16-32
• 2.1 迷宮密封簡介16-18
• 2.1.1 迷宮密封的分類16-18
• 2.2 迷宮密封的節(jié)流作用原理18-20
• 2.2.1 迷宮密封機(jī)理18-19
• 2.2.2 迷宮密封的節(jié)流原理19-20
• 2.2.3 理想型迷宮密封焓熵圖20
• 2.2.4 迷宮密封特點(diǎn)和使用20
• 2.3 迷宮密封泄漏公式法20-22
• 2.4 迷宮密封中氣體作用力研究22-24
• 2.5 密封激振力模型24-26
• 2.5.1 Thomas-Alford模型24-25
• 2.5.2 Black-Childs模型25-26
• 2.5.3 Muszynsa的模型26
• 2.6 計(jì)算流體力學(xué)的介紹26-29
• 2.6.1 商用CFD軟件FLUENT27
• 2.6.2 網(wǎng)格介紹27-29
• 2.7 CFD數(shù)值模擬結(jié)果后處理29-30
• 2.8 本章小結(jié)30-32
• 第3章 迷宮密封流場特性研究32-45
• 3.1 迷宮密封流場分析模擬方法32-37
• 3.1.1 控制方程32-33
• 3.1.2 湍流模型以及壁面函數(shù)33-36
• 3.1.3 收斂的判定36-37
• 3.2 壓縮機(jī)密封數(shù)值計(jì)算37-40
• 3.2.1 迷宮密封計(jì)算模型37-38
• 3.2.2 邊界條件38-39
• 3.2.3 迷宮密封參數(shù)假定39-40
• 3.3 網(wǎng)格劃分與網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證40-41
• 3.3.1 網(wǎng)格劃分方法40-41
• 3.3.2 網(wǎng)格無關(guān)性檢驗(yàn)41
• 3.4 數(shù)值結(jié)果正確性算例驗(yàn)證41-42
• 3.5 迷宮密封流場計(jì)算42-43
• 3.5.1 迷宮密封壓力場分析42-43
• 3.5.2 迷宮密封速度場分析43
• 3.6 本章小結(jié)43-45
• 第4章 不同工況與含槽結(jié)構(gòu)密封封嚴(yán)性研究45-59
• 4.1 含槽迷宮密封模型45-46
• 4.1.1 凹槽迷宮密封幾何模型與網(wǎng)格45-46
• 4.2 不同尺寸凹槽結(jié)構(gòu)封嚴(yán)性比較46-52
• 4.2.1 不同尺寸凹槽結(jié)構(gòu)數(shù)值計(jì)算邊界條件46
• 4.2.2 凹槽迷宮密封流場分析46-48
• 4.2.3 不同位置與尺寸的凹槽密封泄漏量48-52
• 4.3 不同工況下凹槽密封與直通密封封嚴(yán)性52-57
• 4.3.1 不同密封間隙下凹槽密封與直通密封封嚴(yán)性52-53
• 4.3.2 不同轉(zhuǎn)速下凹槽密封與直通密封封嚴(yán)性53-55
• 4.3.3 不同壓比下凹槽密封與直通密封封嚴(yán)性55
• 4.3.4 不同預(yù)旋率下凹槽密封與直通密封封嚴(yán)性55-57
• 4.4 本章小結(jié)57-59
• 第5章 壓縮機(jī)中密封動特性與穩(wěn)定性研究59-82
• 5.1 計(jì)算模型59-61
• 5.1.1 幾何模型與網(wǎng)格劃分59-61
• 5.2 CFD方法求解動特性61-64
• 5.2.1 旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系62
• 5.2.2 密封氣體力求解62-64
• 5.3 不同工況密封動特性的影響研究64-71
• 5.3.1 不同進(jìn)出口壓比對密封動特性影響64-67
• 5.3.2 不同的轉(zhuǎn)速對密封動特性影響67-68
• 5.3.3 不同密封間隙對動特性影響68-69
• 5.3.4 不同預(yù)旋率對密封動特性影響69-71
• 5.4 迷宮密封防旋裝置對密封轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性影響研究71-76
• 5.4.1 防旋裝置計(jì)算模型72-73
• 5.4.2 防旋裝置數(shù)值計(jì)算73-76
• 5.5 含密封的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)特性研究76-80
• 5.5.1 臨界轉(zhuǎn)速研究76-78
• 5.5.2 對數(shù)衰減率78-80
• 5.6 本章小結(jié)80-82
• 第6章 結(jié)論與展望82-84
• 6.1 結(jié)論82-83
• 6.2 展望83-84
• 致謝84-85
• 參考文獻(xiàn)85-90
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及參加的科研項(xiàng)目90

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本文編號：284425