第十五届全国摩擦学大会暨全国青年摩擦学学术会议

1039 / 2023-02-14 15:42:07

新型抑扰型刷式密封泄漏流动特性与变形特性流固耦合数值研究

 传统刷式密封刷丝受气流力作用产生扰动直接影响其封严性能与使用寿命，本文针对抑扰型刷式密封结构，基于Arbitrary Lagrange-Eulerian（ALE）流固耦合方法建立抑扰型刷式密封三维瞬态求解模型，在验证了模型准确性验证基础上，研究不同抑扰孔结构刷式密封泄漏特性和速度特性，以及抑扰孔结构参数对刷式密封刷丝扰动的影响规律。研究结果表明：在传统刷式密封前挡板设置抑扰孔可改变前排刷丝受力状态，前排刷丝受到与扰动方向相反的力矩，有效抑制刷丝扰动产生，显著提升传统刷式密封封严性能。相较于易产生刷丝扰动的传统刷式密封，降低抑扰孔高度、增加抑扰孔直径和排数，均可有效降低刷式密封泄漏量，其中增加抑扰孔排数至3排可降低30.2%泄漏量。设置抑扰孔结构可抑制刷丝扰动引起的前排刷丝形变，相比于传统刷式密封，抑扰孔高度设置为3.75mm、抑扰孔直径设置为1.5mm与抑扰孔排数设置为3排，分别使刷丝自由端平均变形量减少53.2%、34.8%和54.0%。 传统刷式密封刷丝受气流力作用产生扰动直接影响其封严性能与使用寿命，本文针对抑扰型刷式密封结构，基于Arbitrary Lagrange-Eulerian（ALE）流固耦合方法建立抑扰型刷式密封三维瞬态求解模型，在验证了模型准确性验证基础上，研究不同抑扰孔结构刷式密封泄漏特性和速度特性，以及抑扰孔结构参数对刷式密封刷丝扰动的影响规律。研究结果表明：在传统刷式密封前挡板设置抑扰孔可改变前排刷丝受力状态，前排刷丝受到与扰动方向相反的力矩，有效抑制刷丝扰动产生，显著提升传统刷式密封封严性能。相较于易产生刷丝扰动的传统刷式密封，降低抑扰孔高度、增加抑扰孔直径和排数，均可有效降低刷式密封泄漏量，其中增加抑扰孔排数至3排可降低30.2%泄漏量。设置抑扰孔结构可抑制刷丝扰动引起的前排刷丝形变，相比于传统刷式密封，抑扰孔高度设置为3.75mm、抑扰孔直径设置为1.5mm与抑扰孔排数设置为3排，分别使刷丝自由端平均变形量减少53.2%、34.8%和54.0%。