125_HyperMesh在螺旋密封设计中的应用_张盟

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1、Altair2011HyperWorks技术大会论文集HyperMesh在螺旋密封设计中的应用张盟王晓放徐胜利（大连理工大学、大连、116023）摘要:本文采用CFD方法研究了密封槽道螺旋角对螺旋密封结构性能的影响。采用HyperMesh软件的网格morphing功能对密封槽道网格进行变形，得到了不同螺旋角对应的计算网格。分析结果表明该软件能够快捷的改变网格块的形状，减少网格划分的工作量，提高造型设计的效率。对不同螺旋角的密封结构进行性能计算，得到了一个最优的槽道螺旋角。关键词:HyperMesh网格变形密封结构CFD

2、模拟0概述在旋转机械设计中，为保证安全稳定运行，旋转部件与静止部件需要保证足够的间隙，如：叶轮入口轮盖、级间、轴端等部位，都需要密封装置。本文介绍的螺旋密封结构主要应用于控制上述间隙内的介质泄漏。通过研究槽道螺旋角度对旋转密封结构性能的影响，合理设计密封槽道的螺旋角度，有效控制不可压缩流体的泄漏，保证在高雷诺数的工质条件下螺旋密封稳定运行。密封结构广泛应用在化工、能源等重要工业部门的机械设备中，密封的效果对设备的效率和安全稳定运行起到了关键作用。如果密封效果不好，不仅泄漏量加大引起设备的经济性下降，而密封激振力还将引起

3、转子的强烈振动，由此引发的意外事故会造成巨大的经济损失、环境破坏等后果。因此，人们越来越认识到密封结构性能与系统装置的安全性、可靠性、经济性息息相关。-1-Altair2011HyperWorks技术大会论文集1模型的建立图1直槽密封模型现选择螺旋密封间隙流道的流体区域进行分析。模型运用商用软件Fluent进行计算模拟，设置4个边界面，进口面选择流量进口条件，以控制密封间隙内介质的雷诺数；出口面选择压力出口条件；介质的外壁面设置静止壁面条件；流体的内壁面设置旋转壁面条件。采用模型计算。图1所示0度密封模型，也是普通的直

4、槽密封。1.1网格划分本文采用fluent前处理软件gambit进行网格划分。结点数和单元数见表1。表1密封流道的网格信息结点数单元数127277116054061.2模拟工况本文分别计算了雷诺数为90000、130000、160000、200000、245000，转速为1000rpm、2000rpm、3000rpm、4000rpm时，0度、35度、45度、50度螺旋密封结构内的流体流动状态。1.3不同螺旋角计算网格生成方法密封槽道螺旋角为90度的模型是一种极端情况，工程中不会采用这种密封结构，因为该密-2-Altai

5、r2011HyperWorks技术大会论文集封的流动阻力小，不可压缩流体在密封中的停留时间短，并且能量耗散不够充分。密封槽道螺旋角为90度的模型网格可以作为基本网格，采用Hypermesh中的网格变形功能，能够快速的得到任意螺旋角度对应的计算模型网格。如图2螺旋角度为90度时的网格图。图2.90度螺旋槽道密封模型选定整体网格为变形区域,通过HyperMesh旋转螺旋密封的出口边界面，形成不同螺旋角度的螺旋密封模型，如图3所示，出口边界面旋转60度，形成螺旋角为44度的密封模型。-3-Altair2011HyperWor

6、ks技术大会论文集图3.出口边界面旋转60度螺旋密封模型因此，应用HyperMesh中的网格变形功能，旋转出口边界能够快捷的生成任意螺旋角度下的密封结构网格模型，提高了网格划分的效率。2计算结果根据经验，本文研究的密封槽道螺旋角在30～60度时，流动阻力特性系数最高。本文对HyperMesh得到的不同密封结构模型进行模拟计算，分别计算了雷诺数为90000、130000、160000、200000、245000，转速为1000rpm、2000rpm、3000rpm、4000rpm时，0度、35度、45度、50度螺旋密封结

7、构内的流体流动状态。流动摩擦系数是表征流动阻力的最重要参数，这里采用流动摩擦系数评价槽道螺旋角对密封性能的影响。-4-Altair2011HyperWorks技术大会论文集Influenceofhelicalangleonfrictionfactor0.0230.0210350.019450.017500.0150.013FrictionFactor0.0110.0090.0070.00590000130000160000200000245000ReynoldsNumber图4.1000rpm转速下，雷诺数对不同螺旋角

8、密封摩擦系数的影响在1000rpm工况下，密封模型在不同螺旋角度下的摩擦系数随雷诺数增大而减小，直槽密封摩擦系数远大于螺旋密封。因此，在1000rpm工况下，螺旋密封的流阻特性较差，但45度螺旋密封的流阻特性优于30度和50度螺旋密封，如图4所示。在2000rpm工况下，由于转子转速的提高，不同螺旋角度密封模型的摩擦系数增大。在雷