化工学报 ›› 2023, Vol. 74 ›› Issue (6): 2538-2554.DOI: 10.11949/0438-1157.20230234
江锦波1(), 彭新1, 许文烜1, 门日秀2, 刘畅2, 彭旭东1()
收稿日期:
2023-03-13
修回日期:
2023-04-09
出版日期:
2023-06-05
发布日期:
2023-07-27
通讯作者:
彭旭东
作者简介:
江锦波(1989—),男,博士,副教授,jiangjinbo@zjut.edu.cn
基金资助:
Jinbo JIANG1(), Xin PENG1, Wenxuan XU1, Rixiu MEN2, Chang LIU2, Xudong PENG1()
Received:
2023-03-13
Revised:
2023-04-09
Online:
2023-06-05
Published:
2023-07-27
Contact:
Xudong PENG
摘要:
以泵出型螺旋槽油气密封为研究对象,基于油相和气相连续性方程推导并建立了油气密封流场求解的双相雷诺模型,采用有限体积法离散和编程求解获得了油气密封介质流场分布,对比分析了商用软件VOF模型、单相雷诺模型和双相雷诺模型在求解油气密封流场中的计算精度和效率,研究了密封间隙、油气比、转速、介质压力等运行参数和密封环尺寸对油气密封流场和稳态性能的影响,重点探讨了油气密封近零泄漏特性及其关键影响因素。结果表明,提出的双相雷诺模型求解方法是一种高精度、高效率的油气密封流场数值模拟方法,具有与商用软件VOF模型近似的精度,但计算时间降低1个数量级;油气密封的介质泄漏特性和近零泄漏压差主要受到密封间隙、转速和端面宽度的影响,通过上述参数的合理取值有望实现油气介质的零泄漏。
中图分类号:
江锦波, 彭新, 许文烜, 门日秀, 刘畅, 彭旭东. 泵出型螺旋槽油气密封泄漏特性及参数影响研究[J]. 化工学报, 2023, 74(6): 2538-2554.
Jinbo JIANG, Xin PENG, Wenxuan XU, Rixiu MEN, Chang LIU, Xudong PENG. Study on leakage characteristics and parameter influence of pump-out spiral groove oil-gas seal[J]. CIESC Journal, 2023, 74(6): 2538-2554.
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
端面内径 ri/mm | 29.5 | 外径侧压力 po/kPa | 150 |
端面外径 ro/mm | 37.5 | 内径侧压力 pi/kPa | 100 |
螺旋槽深度 hg/μm | 5 | 外侧油气比 Fl | 0.1 |
螺旋角 β/(°) | 20 | 介质温度 T/K | 300 |
周向槽宽比 δ | 0.5 | 转速 n/(r·min-1) | 3000 |
槽数 Ng | 12 | 气体黏度 μg/(μPa·s) | 17.9 |
槽根半径 rg/mm | 34 | 润滑油黏度 μl /(mPa·s) | 42.5 |
气膜厚度 h0/μm | 3 | 润滑油密度 ρl /(kg·m-3) | 886 |
表1 油气密封性能参数计算时所取的初始参数
Table 1 Initial parameters adopted in calculating performance of gas-oil seal
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
端面内径 ri/mm | 29.5 | 外径侧压力 po/kPa | 150 |
端面外径 ro/mm | 37.5 | 内径侧压力 pi/kPa | 100 |
螺旋槽深度 hg/μm | 5 | 外侧油气比 Fl | 0.1 |
螺旋角 β/(°) | 20 | 介质温度 T/K | 300 |
周向槽宽比 δ | 0.5 | 转速 n/(r·min-1) | 3000 |
槽数 Ng | 12 | 气体黏度 μg/(μPa·s) | 17.9 |
槽根半径 rg/mm | 34 | 润滑油黏度 μl /(mPa·s) | 42.5 |
气膜厚度 h0/μm | 3 | 润滑油密度 ρl /(kg·m-3) | 886 |
模型 | 油气比分布 | 压力分布 | 间隙中面速度分布 |
---|---|---|---|
双相雷诺模型 | |||
单相雷诺模型 | |||
VOF模型 |
表2 三种不同数值模型对应的油气密封流场计算结果
Table 2 Calculation results of oil-gas seal flow field obtained by three different numerical models
模型 | 油气比分布 | 压力分布 | 间隙中面速度分布 |
---|---|---|---|
双相雷诺模型 | |||
单相雷诺模型 | |||
VOF模型 |
h/μm | 压力分布 | 油气比分布 | 间隙中面速度分布 |
---|---|---|---|
2 | |||
3 | |||
4 |
表3 不同密封间隙下的油气密封流场分布计算结果
Table 3 Calculation results of oil-gas seal flow field distribution under different seal clearance
h/μm | 压力分布 | 油气比分布 | 间隙中面速度分布 |
---|---|---|---|
2 | |||
3 | |||
4 |
Case | po/kPa | n/(r·min-1) | Fl |
---|---|---|---|
1 | 120 | 3000 | 0.1 |
2 | 150 | 2000 | 0.1 |
3 | 150 | 3000 | 0.1 |
4 | 120 | 3000 | 0.2 |
表4 不同运行工况对应的工况参数
Table 4 Operating condition parameters corresponding to different operating conditions
Case | po/kPa | n/(r·min-1) | Fl |
---|---|---|---|
1 | 120 | 3000 | 0.1 |
2 | 150 | 2000 | 0.1 |
3 | 150 | 3000 | 0.1 |
4 | 120 | 3000 | 0.2 |
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