迷宫密封技术数值仿真及试验研究

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传动装置作为重要传递部件,被广泛应用到各个领域中。其密封结构多采用的是自紧油封密封,在使用过程中,由于高速旋转存在摆差,油封中的油唇磨损严重,易出现润滑油外漏的现象。润滑油的泄漏或被杂质所污染,使装置内的轴承和齿轮因缺油或润滑油使用性能降低而损坏。为保证正常工作,油封密封经常需要更换,并且更换时需停机拆卸,较复杂,大量耗费人力物力。为保证高效工作,需改进密封结构,在该部分采用非接触式的迷宫密封,能减少磨损,降低运行和维护成本。故非接触式的迷宫密封适用于不宜采用自紧油封密封的特殊场合。然而,迷宫密封的转子与静止部件之间如若匹配不合理,会损伤密封件,增加泄漏量,导致更严重的损失。因此深入研究迷宫密封机理,合理设计迷宫密封结构,对于减少泄漏量实现密封来说非常重要。本文以轮边减速器迷宫密封为研究对象,采用Egli、Kearton、Vermes和迭代计算法这四种迷宫密封泄漏量计算方法,计算轮边减速器迷宫密封的泄漏量。另外,采用数值分析方法对迷宫密封的泄漏量进行分析。通过分析迷宫密封的流场分析方法,建立错列式迷宫通道的三维模型。在ANSYS软件建模、使用ICEM-CFD模块划分网格和设置边界条件,运用流体分析模块Fluent对迷宫空腔中的流场和泄漏特性进行研究。通过单一变量法进行数值模拟,得出温度、进出口压比、润滑油粘度、转速和迷宫几何尺寸等因素对迷宫密封泄漏量的影响。研究表明:泄漏量随着润滑油粘度的减小而增大;与压比成正比,而受转速的影响非常小;随着间隙的增加而增加;在一定范围内增大空腔深度能有效减小泄漏量,而随着空腔宽度在一定范围内增大泄漏量几乎没有影响,如继续扩大空腔深度或宽度,都会导致泄漏量增大,且存在一个最佳深宽比值。此外,为了验证数值分析的准确性,搭建了一套可以模拟轮边减速器工作状态下的试验台。在不同转速、密封齿间隙和润滑油高度等条件下,对迷宫密封进行相应的试验验证,将理论和实验结合起来,分析一系列不同条件状态下的泄漏量,观察和记录数据,验证了数值计算方法的可行性和所设计的迷宫密封结构的合理性。为迷宫密封方面的设计提供了参考依据。
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