航空发动机燃油泵用机械密封多物理场耦合分析

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作者 梁彦兵 丁思云 +4 位作者 杨博峰 刘杰 彭骞 谢星 王永乐 《流体机械》 北大核心 2025年第6期31-38,共8页

针对高温高速等极端工况下某航空发动机燃油泵由于热力变形导致密封失效的问题,基于某加力燃油泵机械密封结构建立上游泵送机械密封的热流固耦合模型,采用专业流场计算软件及热流固耦合计算平台对极端工况下密封环的应力应变情况进行计... 针对高温高速等极端工况下某航空发动机燃油泵由于热力变形导致密封失效的问题,基于某加力燃油泵机械密封结构建立上游泵送机械密封的热流固耦合模型,采用专业流场计算软件及热流固耦合计算平台对极端工况下密封环的应力应变情况进行计算,并分析了转速20000~40000 r/min、压差0.5~9 MPa机械密封环应力应变的影响规律。结果表明:取密封端面液膜的厚度为2μm、螺旋槽槽深为6μm、槽数12个及螺旋角18°作为基础参数时,随着动环转速的升高,密封动静环均产生了一定的应力和应变,且动环的最大应力及最大变形量均大于静环,动静环变形量的最大差值达到了2.5μm;随着密封压差的增大,密封环的应力和应变值也线性增大,但密封环对压差的敏感程度较低,压差增大1 MPa,密封环的应变增大约0.02μm,最大应力增大约0.3 MPa;在不同工况参数下,密封环均会产生相应的应力和应变;在设计计算过程中不可忽略密封环应力应变对整体密封性能的影响。研究结果可为上游泵送机械密封在极端工况下的多物理场耦合计算提供一定的参考。 展开更多

关键词 机械密封 上游泵送 应力应变 热流固耦合

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螺旋槽机械密封端面槽型优化与熵产分析

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作者 郑国运 谢星 +5 位作者 姜大连 梁彦兵 姚黎明 李香 吴兆山 李鲲 《润滑与密封》 北大核心 2025年第8期186-192,共7页

针对液膜润滑螺旋槽机械密封端面流动损失定量分析问题,采用熵产损失诊断方法,开展螺旋槽机械密封槽型结构优化与三维湍流流场诊断分析;分析不同槽型结构下各类型熵产定量损失,计算密封在不同转速与槽深下泄漏率、开启力与熵产损失,获... 针对液膜润滑螺旋槽机械密封端面流动损失定量分析问题,采用熵产损失诊断方法,开展螺旋槽机械密封槽型结构优化与三维湍流流场诊断分析;分析不同槽型结构下各类型熵产定量损失,计算密封在不同转速与槽深下泄漏率、开启力与熵产损失,获取各类型熵产损失占比随转速与槽深变化规律。研究结果表明:螺旋槽最优参数为螺旋角20°、槽堰比0.42、槽坝比0.63、槽深13μm,优化后的密封端面动压开启能力大,流动熵产损失小;密封湍流与脉动熵产总占比超过40%,在高转速工况下湍流流动损失不可忽略;密封泄漏率与开启力随转速与槽深的增加线性增大,熵产损失随转速呈抛物线形增大,随槽深变化较小;随转速增大,直接熵产损失占比先增大后减小,脉动与湍流熵产损失占比单调递增,壁面熵产损失占比单调递减。 展开更多

关键词 机械密封 密封端面 螺旋槽 熵产损失 多目标优化

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超高转速机械密封热力耦合变形分析 被引量：2

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作者 谢星 王永乐 +3 位作者 丁思云 李香 梁彦兵 彭骞 《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期175-181,共7页

针对超高转速机械密封热力耦合变形问题,建立机械密封环三维结构模型,根据实际运行工况与经验计算公式确定密封环热载荷与力载荷边界条件。采用有限元方法,开展常温与高温工况下密封环温度与变形场计算,分析不同转速与冷却水压力下密封... 针对超高转速机械密封热力耦合变形问题,建立机械密封环三维结构模型,根据实际运行工况与经验计算公式确定密封环热载荷与力载荷边界条件。采用有限元方法,开展常温与高温工况下密封环温度与变形场计算,分析不同转速与冷却水压力下密封环端面最高温度与最大轴向变形量变化。结果表明:常温工况下,密封环温度分布受端面摩擦热影响,密封端面最高温度为220℃,密封环变形量较小,且端面最高温度和轴向变形量随着转速的增大而增大;高温工况下,密封环温度分布受端面摩擦热和高温介质传热影响,密封端面最高温度为746℃,密封环变形量大,且端面最高温度随着转速的增大而增大,最大轴向变形量随着转速的增大而减小;内静环端面最大轴向变形量随冷却水压力的增加呈先减小后增大。 展开更多

关键词 机械密封 超高转速 有限元计算 热力耦合 变形分析

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基于MOEA/D算法的熔盐泵空间导叶参数优化研究

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作者 刘广兵 董文平 +4 位作者 夏添 文宏刚 朱祖超 李晓俊 任启乐 《流体机械》 北大核心 2025年第5期56-63,共8页

针对某50 MW光热电站用熔盐泵性能不足,过流部件流动效率低下的问题,以泵空间导叶作为研究对象,开展多目标优化设计。采用主成分分析方法对导叶几何参数进行识别,确定了对泵性能影响显著的5个几何参数作为优化变量,即导叶最大外流线直... 针对某50 MW光热电站用熔盐泵性能不足,过流部件流动效率低下的问题,以泵空间导叶作为研究对象,开展多目标优化设计。采用主成分分析方法对导叶几何参数进行识别,确定了对泵性能影响显著的5个几何参数作为优化变量,即导叶最大外流线直径D2、导叶进口角α1、导叶出口角α2、导叶叶片包角φ和叶轮与导叶径向安装间隙L2。利用回归向量机结合RBF神经网络构建了泵效率、扬程与优化变量之间的近似模型,并通过R2方法进行模型精确度分析,其值大于0.95,满足误差要求;基于MOEA/D算法进行导叶几何参数寻优,获得优化导叶最佳几何参数取值,并进行了工程设计,得到了优化导叶样件;对比分析了导叶优化前、后对泵性能的影响规律。结果表明,最优设计参数为D2=451 mm,α1=21.2°,α2=88.1°,φ=94.5°,L2=4.5 mm,优化后泵扬程提升了4.98%,效率提升了4.32%,水力性能提升明显,泵内压力梯度变化更为平稳,其动静压能转化效率提升,流动分离涡的强度及大小均有明显削弱,水力损失降低,泵流动特性改善明显。研究结果对熔盐泵的优化设计提供参考。 展开更多

关键词 熔盐泵 空间导叶参数 支持向量回归 多目标差分进化算法 数值仿真

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几何补偿型Bernoulli Equation的控制阀调节特性设计方法

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作者 李忠 王渭 +2 位作者 明友 陈凤官 耿圣陶 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期90-99,共10页

高性能多级射流控制阀是舷侧排气系统的核心控制装置,其性能直接影响舰船的红外隐身性能。针对现有控制类阀门难以满足系统高精度调控、快速响应的难题,首先,在借鉴传统控制阀调节特性设计的基础上,建立典型工况下射流控制阀多目标集成... 高性能多级射流控制阀是舷侧排气系统的核心控制装置,其性能直接影响舰船的红外隐身性能。针对现有控制类阀门难以满足系统高精度调控、快速响应的难题,首先,在借鉴传统控制阀调节特性设计的基础上,建立典型工况下射流控制阀多目标集成化函数;其次,采用无限逼近原则对现有流量系数公式进行几何形状修正补偿,提出一种基于Bernoulli Equation的多级射流控制阀调节特性计算模型;最后,通过理论设计、数值模拟和试验验证相结合的方法,研究控制阀调节特性,并依据数据修正计算模型、迭代优化结构参数进而分析调控特性。研究结果表明:提出的方法可实现射流控制阀等百分比和线性2种调节特性的高效准确设计,2种调节特性的设计值和试验值的变化规律具有一致性,流量系数最大相对误差不超10%,满足工业标准要求。设计的方法具有准确性和适用性,可减少工程盲目试凑和试验反复迭代改进的成本。 展开更多

关键词 射流控制阀 几何补偿 伯努利方程 调节特性 设计方法

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超高压放空阀螺栓疲劳寿命分析 被引量：3

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作者 耿圣陶 王渭 +5 位作者 明友 陈凤官 余宏兵 倪禹隆 徐亭亭 李忠 《流体机械》 CSCD 北大核心 2024年第10期96-103,共8页

针对超高压阀门螺栓疲劳断裂失效问题,提出了一种基于断裂力学的超高压螺栓疲劳寿命分析方法,并以某型超高压放空阀螺栓疲劳寿命分析为实例,介绍了基于传统的S-N疲劳设计曲线和基于断裂力学的超高压螺栓疲劳寿命分析方法的具体分析过程... 针对超高压阀门螺栓疲劳断裂失效问题,提出了一种基于断裂力学的超高压螺栓疲劳寿命分析方法,并以某型超高压放空阀螺栓疲劳寿命分析为实例,介绍了基于传统的S-N疲劳设计曲线和基于断裂力学的超高压螺栓疲劳寿命分析方法的具体分析过程。结果表明,传统S-N疲劳设计曲线法以相同应力特征下的高强度钢疲劳试样裂纹萌生至1 mm的循环次数为螺栓的疲劳寿命,而基于断裂力学的疲劳寿命分析方法以实际超高压放空阀螺栓裂纹扩展至6.725 mm时总循环数的一半为螺栓的疲劳寿命;对于采用高强度钢材料的超高压阀门螺栓,相较于普通中低压阀门螺栓常用的基于裂纹萌生失效准则的S-N疲劳设计曲线法,基于断裂力学的疲劳寿命分析方法更加精确,更能满足工程需要。研究为合理预测超高压阀门螺栓疲劳寿命提供了一种新方法。 展开更多

关键词 超高压 阀门 螺栓 裂纹 有限元 疲劳

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大直径双浮动端面密封结构多目标优化设计 被引量：3

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作者 谢星 王永乐 +2 位作者 李凤成 丁思云 沈宗沼 《流体机械》 CSCD 北大核心 2024年第5期25-31,39,共8页

针对缺乏直径大于600 mm浮动端面密封环结构参数选取标准的问题,建立了密封橡胶O形圈二维轴对称非线性接触模型;结合试验设计、有限元计算、响应面模型、多目标优化算法与优劣解距离决策方法,以密封环最大变形量和端面比压为目标,开展... 针对缺乏直径大于600 mm浮动端面密封环结构参数选取标准的问题,建立了密封橡胶O形圈二维轴对称非线性接触模型;结合试验设计、有限元计算、响应面模型、多目标优化算法与优劣解距离决策方法,以密封环最大变形量和端面比压为目标,开展了不同结构双浮动端面密封优化设计研究;分析了密封环结构参数对其端面比压与变形量的影响规律。结果表明:密封环锥面最小半径R_(min)与锥面角 β 越大,密封端面比压越大;R_(min)与 β 越大,安装间隙A越小,密封环变形量越大。影响端面比压的主因素为R_(min)与 β,影响变形量的主因素为R_(min)。浮动环最优结构参数为:R_(min)=381 mm,β=23°,A=18 mm,相应的密封环端面比压为0.49 MPa,最大变形量为12.11 μm。经过静压和运转密封性能测试试验,设计的双浮动端面密封无泄漏,表明优化设计方法有效可行。 展开更多

关键词 双浮动端面密封 结构设计 多目标优化 变形量 端面比压

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成品油罐水射流清洗及水处理一体化工艺研究 被引量：3

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作者 巴胜富 庞雷 +6 位作者 曲玉栋 李欣 陈正文 韦志超 段世铭 张的 韩彩红 《流体机械》 CSCD 北大核心 2024年第3期16-23,共8页

针对现有清洗设备存在体量庞杂、清洗功能适配性差、清洗产生的含油污水难以处理达标等问题,提出一种由射流清洗、负压抽吸、多级过滤、油水分离、循环清洗等流程组成的成品油罐水射流清洗及水处理一体化工艺,开展了清洗喷枪设计,配套... 针对现有清洗设备存在体量庞杂、清洗功能适配性差、清洗产生的含油污水难以处理达标等问题,提出一种由射流清洗、负压抽吸、多级过滤、油水分离、循环清洗等流程组成的成品油罐水射流清洗及水处理一体化工艺,开展了清洗喷枪设计,配套负压抽吸及清洗泵送系统以及油水分离系统,完成成品油罐清洗成套设备研制。水射流清洗及水处理试验效果良好,实现了25~10000 m^(3)各种结构类型的成品油罐高效、安全清洗。研究成果可为各类成品油罐无人进罐清洗提供工程方案和理论设计依据。 展开更多

关键词 成品油罐 水射流 清洗喷枪 负压抽吸 油水分离

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引流-泵送槽液体润滑端面密封性能研究 被引量：2

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作者 彭骞 丛国辉 +3 位作者 李鲲 张翊勋 郑国运 沈宗沼 《流体机械》 CSCD 北大核心 2024年第9期57-65,共9页

为进一步探究机械密封端面组合槽型对密封综合性能的影响规律,建立了基于质量守恒和能量守恒的引流-泵送槽液体端面润滑密封的准三维热流体动力润滑模型,并验证了其准确性,采用SUPG有限单元法对液膜压力、温度以及密封环端面温度进行迭... 为进一步探究机械密封端面组合槽型对密封综合性能的影响规律,建立了基于质量守恒和能量守恒的引流-泵送槽液体端面润滑密封的准三维热流体动力润滑模型,并验证了其准确性,采用SUPG有限单元法对液膜压力、温度以及密封环端面温度进行迭代耦合求解,由此对密封端面状态与密封性能参数影响规律开展分析。通过端面场分析,揭示了引流槽“动力润滑散热”与泵送槽“空化泵送减漏”的作用机理。在p_(s)=1 MPa,n=3000 r/min,h_(0)=1.5μm工况条件下,增加引流槽周向长度,增大泵送径向位置比,调节引流径深比至0.52~0.60,泵送槽周向长度与径向宽度比至(13.5~14.5)/(1~2),引流槽深至4~6μm,泵送槽深至2~3μm,可有效提高密封端面的动压承载、润滑散热能力并减小端面泄漏量。研究结果可为该类密封的设计提供参考。 展开更多

关键词 引流槽 泵送槽 端面密封 动力润滑 泄漏量

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基于分布式水力破土技术的大型沉井辅助下沉方法研究 被引量：1

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作者 王永强 张志新 +3 位作者 鲁飞 王志强 王东伟 巴胜富 《流体机械》 CSCD 北大核心 2024年第12期87-92,共6页

针对大型沉井下沉到一定深度或遇到硬质土层时仅靠取土无法顺利下沉的问题,通过对沉井受力及水力破土机理、水射流打击力和土体抗剪强度等进行分析计算,得出水射流破土的破坏准则和计算方法。进一步分析了分布式水力破土装置系统的喷头... 针对大型沉井下沉到一定深度或遇到硬质土层时仅靠取土无法顺利下沉的问题,通过对沉井受力及水力破土机理、水射流打击力和土体抗剪强度等进行分析计算,得出水射流破土的破坏准则和计算方法。进一步分析了分布式水力破土装置系统的喷头布置设计和喷嘴选型,提出了基于分布式水力破土技术的大型沉井辅助下沉方法的具体实施方法,并在射流压力分别为3,5,7,10,13 MPa时进行了水力破土验证试验,发现采用直径2 mm的圆柱形喷嘴、压力10 MPa的水力设计参数破土效果最佳。研究成果为分布式水力破土技术在大型沉井下沉工程中的实际应用提供参考。 展开更多

关键词 水力破土 沉井 高压水射流 沉井下沉施工 分布式水力破土系统

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易燃易爆环境撬装清洗设备的安全可靠性分析与应用研究 被引量：1

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作者 巴胜富 韦志超 +5 位作者 曲玉栋 李云云 李欣 陈正文 王永强 庞雷 《流体机械》 CSCD 北大核心 2024年第7期74-79,共6页

针对石化领域易燃易爆环境下撬装清洗设备的安全可靠性要求,从撬装清洗设备易燃易爆环境JSA作业风险评估及控制出发,分析危害程度大的燃烧爆炸安全风险及发生概率较高的运输安全风险,提出易燃易爆和运输安全性设计方法和判定依据;基于... 针对石化领域易燃易爆环境下撬装清洗设备的安全可靠性要求,从撬装清洗设备易燃易爆环境JSA作业风险评估及控制出发,分析危害程度大的燃烧爆炸安全风险及发生概率较高的运输安全风险,提出易燃易爆和运输安全性设计方法和判定依据;基于故障模式及危害性分析(FMECA),建立水射流清洗系统可靠性通用模型,进行可靠性分配及可靠性设计,用于水射流清洗设备生产设计、检验验收及质量评定等。最终完成具有燃烧爆炸风险防护,上坡、下坡及横向运输安全稳定,平均故障间隔时间tMTBF≥1000 h的水射流清洗设备研制。水射流清洗设备的安全可靠性分析与应用研究,可为今后易燃易爆环境撬装清洗设备的工程设计和施工作业提供一定参考。 展开更多

关键词 水射流清洗 易燃易爆 运输安全 安全特性 可靠特性

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超高压阀门的研究进展 被引量：7

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作者 耿圣陶 王渭 +5 位作者 明友 陈凤官 余宏兵 叶晓节 徐亭亭 倪禹隆 《流体机械》 CSCD 北大核心 2023年第10期33-42,共10页

随着超高压阀门的设计压力越来越高,阀门通径越来越大,其设计制造难度也更大,失效产生破坏程度也更严重。为对超高压阀门技术有更全面的认识和掌握,从超高压阀门典型失效模式和机理、典型结构、阀体材料、阀体强度设计方法及试验装置和... 随着超高压阀门的设计压力越来越高,阀门通径越来越大,其设计制造难度也更大,失效产生破坏程度也更严重。为对超高压阀门技术有更全面的认识和掌握,从超高压阀门典型失效模式和机理、典型结构、阀体材料、阀体强度设计方法及试验装置和检验5个方面,梳理分析了国内外超高压阀门的研究进展,并从材料、设计、制造、检验和运行维护等方面总结了保障超高压阀门安全使用的关键要点。为突破超高压阀门技术瓶颈,开发出高可靠、高性能的各类超高压阀门提供一定的指导。 展开更多

关键词 超高压阀门 低合金高强度钢 超高压填料 自增强 电液控制

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基于后混式磨料射流切割花岗岩的试验研究

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作者 苏吉鑫 韦志超 +4 位作者 张的 巴胜富 庞雷 陈正文 任启乐 《流体机械》 2025年第9期8-13,20,共7页

针对竖井掘进机破岩掘进过程中滚刀刀圈磨损严重、贯入困难、效率降低等问题,基于超高压后混磨料射流切割破岩机理,开展淹没条件下的磨料水射流切割岩花岗岩试验研究。重点围绕竖井掘进淹没深度为150mm的工况,探讨了喷嘴移动速度、射流... 针对竖井掘进机破岩掘进过程中滚刀刀圈磨损严重、贯入困难、效率降低等问题,基于超高压后混磨料射流切割破岩机理,开展淹没条件下的磨料水射流切割岩花岗岩试验研究。重点围绕竖井掘进淹没深度为150mm的工况,探讨了喷嘴移动速度、射流压力、射流靶距对破岩切割效果的影响规律。结果表明,射流压力为380 MPa、喷嘴移动速度为18m/min、射流靶距在20~40mm为最佳匹配参数,可实现单次最大切割深度为4.4mm、最大切缝宽度为2.3mm。进而提出开挖直径为8.1m的全断面竖井掘进刀盘上射流喷嘴布置方案,通过26个射流喷嘴的协同布局,可有效提升全断面竖井掘进机破岩掘进效率。研究成果可为竖井掘进作业中磨料射流辅助破岩应用提供一定参考。 展开更多

关键词 后混合磨料射流 切割破岩 移动速度 射流压力 靶距

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