Совершенствование методов расчета и проектирования лабиринтных уплотнений валов пневмоагрегатов на основе моделирования рабочего процесса

Abstract

У дисертаційній роботі виконано уточнення робочого процесу та методики розрахунку лабіринтних ущільнень, що дає можливість підвищити їх ефективність, надійність, економічність та термін служби. Одержані візуалізації течії, запропонований поелементний підхід до опису робочого процесу в ущільненні, що полягає в його розгляді як суми отворів з індивідуальними характеристиками. Цей підхід дав змогу встановити наявність аномальних явищ у проточній частині багатощілинного лабіринтного ущільнення у вигляді флуктуацій параметрів течії – одночасно існуючих зон із різними режимами вихрової течії. Отримані графічні та аналітичні залежності впливу різних параметрів на характеристики ущільнення, уточнені існуючі методики розрахунку з урахуванням факторів, раніше не врахованих, розраховані коефіцієнти окремих видів втрат методом ідентифікації математичної моделі ущільнення. Проведений порівняльний аналіз щодо впливу властивостей газів. Отриманий ряд нових й уточнені відомі дані щодо вибору геометрії лабіринтних ущільнень, запропоновано збільшення геометричного об’єму розширювальних камер за ходом течії.

В диссертационной работе выполнено уточнение рабочего процесса и методики расчета лабиринтных уплотнений, что дает возможность повысить их эффективность работы, надежность, экономичность и срок службы. Получены визуализации течения в проточной части лабиринтного уплотнения c использованием программного комплекса Flow Vision в виде векторов, заливок, изолиний и вспышек. Показана корректность применения данного программного комплекса для исследования расходных характеристик лабиринтных уплотнений. Предложен поэлементный подход к описанию рабочего процесса в уплотнении, заключающийся в его рассмотрении как суммы отверстий с индивидуальными характеристиками, который позволил установить наличие аномальных явлений в проточной части многощелевого лабиринтного уплотнения в виде флуктуаций параметров потока – одновременно существующих зон с различными режимами вихревого течения, что нашло отражение в значениях локальных коэффициентов расхода. Получены графические и аналитические зависимости влияния режимных и геометрических параметров на характеристики лабиринтного уплотнения с гладким валом. Уточнены существующие методики расчета характеристик уплотнений с учетом факторов, ранее не учитываемых, а именно: кольцевая форма зазора, влияние вращения вала, эксцентриситета, масштабного фактора, критериев подобия и др. Рассчитаны коэффициенты отдельных видов потерь методом идентификации математической модели уплотнения. Проведен сравнительный анализ относительно влияния физических свойств различных газов при модельных и натурных условиях численным методом и с использованием экспериментальных данных, полученных на водяном паре и воздухе при сопоставимых условиях. Получен ряд новых и уточнены известные данные по выбору геометрии проточной части лабиринтных уплотнений, предложено увеличение геометрического обьема расширительных камер уплотнения по ходу течения газа. Показано, что при заданной длине уплотнения лучше выполнить большее количество гребней при меньших значениях шага t.

The thesis offers improved view on workflow and methods of the design of labyrinth seals that increase their performance, reliability, profitability and service life. The visualizations of workflow were obtained. The element approach to description of workflow in labyrinth seal was developed. It considers the seal as composition of holes with individual characteristics. This approach allowed determination of existence of abnormal phenomena in flow section of multislot labyrinth seal in the form of fluctuations of parameters of a stream. These are zones with various regimes of a vortex-type flow. Graphical relationships and equations for description of influence of various factors on characteristics of the seal are determined. The equations take into account some factors which were negligible earlier. The correction coefficients for separate types of losses are calculated by method of identification of seal mathematical model. The comparative analysis on influence of properties of gases was performed. A set new and improved data about choice of geometry of labyrinth seals are represented in the thesis. The increase in geometrical volume of broad cameras of the seal in the direction of gas flow is offered.