Uszczelnienia bezdotykowe. Badania, modelowanie i optymalizacja

Uszczelnienia bezdotykowe. Badania, modelowanie i optymalizacja

rok wydania: 2021, wydanie pierwsze
ISBN: 978-83-775-620-1
ilość stron: 172

Opis

Praca dotyczy uszczelnień bezdotykowych stosowanych w maszynach przepływowych. Rolą uszczelnień bezdotykowych jest minimalizowanie przecieku pomiędzy dwoma przestrzeniami, w których występuje różnica ciśnienia czynnika roboczego. Tego rodzaju uszczelnienia stosuje się wtedy, gdy ogranicza się przeciek w przestrzeni pomiędzy powierzchniami będącymi we wzajemnym ruchu, kiedy nie można zastosować uszczelnień dotykowych. Głównym osiągnięciem przedstawionym w monografii jest metoda optymalizacji uszczelnień labiryntowych jedno- i dwustronnych. Umożliwia ona jednoznaczne określenie geometrii uszczelniania o zmniejszonym przecieku. Polega na dopasowaniu wymiarów komór do warunków przepływowych przy zadanych wymiarach zewnętrznych uszczelnienia. Metoda opiera się na obliczeniach CFD geometrii wejściowej i wiąże się z analizą rozkładu lokalnych maksimów bezwymiarowej energii kinetycznej gazu w uszczelnieniu. Zastosowanie pełnego wariantu metody pozwala zmniejszyć przeciek do 15.4%. Zoptymalizowana geometria ma prawie stałą względną wartość zmniejszenia przecieku w szerokim zakresie badanego spadku ciśnienia.

Spis treści

Wykaz ważniejszych oznaczeń / 9

Streszczenie / 11

1. Wprowadzenie / 13
1.1. Geometrie i opis poszczególnych uszczelnień bezdotykowych oraz miejsca ich stosowania / 13
1.2. Pojęcia wstępne – zasada działania uszczelnień / 15
1.3. Uzasadnienie podjęcia tematu / 18
1.4. Aktualny stan wiedzy / 19

2. Opis stanowiska badawczego / 27
2.1. Konstrukcja stanowiska / 27
2.2. Układ pomiarowy / 31
2.3. Analiza błędów pomiarowych / 34

3. Analiza parametrów termodynamicznych i przepływowych w uszczelnieniu labiryntowym / 39
3.1. Badania rozkładu prędkości w komorze uszczelnienia labiryntowego na podstawie badań eksperymentalnych i obliczeń numerycznych / 39
3.2. Analiza rozkładu ciśnienia w modelowym segmencie uszczelnienia labiryntowego jednostronnego / 49
3.2.1. Przedmiot badań / 50
3.2.2. Założenia dotyczące obliczeń / 51
3.2.3. Wyniki obliczeń / 54
3.3. Analiza przepływu gazu w segmencie uszczelnienia jednostronnego o dużym stopniu zużycia na podstawie badań eksperymentalnych i obliczeń CFD / 60
3.3.1. Przedmiot badań / 60
3.3.2. Wyniki badań eksperymentalnych / 63
3.4. Wpływ geometrii uszczelnienia na wartość przecieku / 69

4. Model obliczeniowy przepływu gazu w uszczelnieniu szczelinowym / 75
4.1. Wprowadzenie / 75
4.2. Model obliczeniowy / 76
4.3. Porównanie danych eksperymentalnych z wynikami obliczeń / 81

5. Analiza przepływu gazu w uszczelnieniu labiryntowym o zmiennej podziałce / 87
5.1. Wprowadzenie / 87
5.2. Zakres badań eksperymentalnych / 89
5.3. Jednowymiarowe metody obliczeniowe / 90
5.4. Zakres badań CFD / 92
5.5. Wyniki badań dla różnej liczby ząbków / 93
5.6. Wpływ grubości zębów na charakter przepływu i wartość przecieku / 100
5.7. Analiza szczelności segmentów o różnych wysokościach szczelin na podstawie danych eksperymentalnych / 103

6. Uniwersalny model obliczeniowy uszczelnień labiryntowych / 107
6.1. Przegląd modeli obliczeniowych dla uszczelnień labiryntowych / 107
6.2. Metoda wyznaczania współczynnika przepływu na podstawie badań eksperymentalnych / 108
6.3. Wyniki badań eksperymentalnych współczynnika przepływu cSV / 111
6.4. Model obliczeniowy CSV / 112
6.5. Analiza wyników badań eksperymentalnych i wyników obliczeń / 116

7. Eksperymentalna i numeryczna analiza przepływu gazu przez osiowosymetryczną szczelinę pierścieniową / 125
7.1. Badania eksperymentalne / 125
7.2. Wyniki obliczeń CFD / 128

8. Metoda optymalizacji uszczelnienia labiryntowego pod względem minimalizacji przecieku przez dopasowanie geometrii do warunków przepływowych / 137
8.1. Wstęp / 137
8.2. Metoda optymalizacji / 138
8.3. Założenia do obliczeń CFD / 146
8.4. Przykłady obliczeniowe / 147
8.5. Podsumowanie / 160

9. Podsumowanie / 163

Literatura / 167