某低温风洞低温绝热防护及密封设计.pptx

某低温风洞低温绝热防护及密封设计.pptx

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,某低温风洞低温绝热防护及密封设计,清华大学机械工程系,2013.12.19,人员构成,王玉明刘向锋教授黄伟峰副教授,总协调：

王玉明院士，林峰教授密封方向：

王玉明院士隔热及机构：

林峰教授,曾攀教授张磊副教授瞿体明副教授,王玉明院士：

中国工程院院士，业务方向：

流体密封，干气密封、机械密封、超低温密封等非接触式机械密封和唇形密封领域的理论、数值和实验研究工作。

在压水堆核电站核主泵机械密封、高温气冷堆干气密封、超低温机械密封、橡塑密封等方面。

部分业绩,课题组承担了国家重大专项课题立式干气密封氦气风机压缩机工程样机研制与试验任务该课题与陕鼓、哈电合作，课题组总负责，压缩机的施工设计和制造由陕鼓承担在超低温流体动密封系统的研究中：

提出了流体动密封在极端工况条件下的计算模型和计算方法，理论分析与试验结果取得了良好的一致性。

航天工程领域超低温环境下流体动密封设计及应用。

研究基础一：

高温超导电缆及低温装备,2004年度中国十大科技新闻世界第三中国第一组并网运行的高温超导电缆,研究基础二：

创新低温机械装备（超导电机部分）,超导磁体及制冷结构强电滑环,弱电滑环旋转密封,MW级高温超导电机低温实验平台,接触式制冷高温超导发电机,超导磁体及低温工程,超导磁控卫星概念设计,研究基础三：

先进的仿真技术,高温超导电机温度场模拟,高温超导电缆接头温度场模拟,4万吨航空模锻液压机结构分析,目标和任务,一、低温防护设计二、密封系统设计,低温防护设计,整体结构低温防护关键零部件热防护：

轴承箱、轴端绝热/隔热等特点：

温度跨度广：

内流道工作温度：

100K300K尺寸大，散热面积大：

内流道直径5m左右长设计寿命：

3050年系统可维护性,低温防护设计,方案一：

多相复合隔热壁,关键结构要素：

双相隔热壁结构氮气保温层复合固态保温壁复合隔热支撑底座高强度隔热结构抗热疲劳结构设计,关键技术1：

多厢隔热壁结构设计、计算及优化,高可靠性的多相隔热壁结构：

氮气层+保温壁；保温层材料选择及支撑结构设计；隔热材料的安装、保养、替换工艺。

高强度隔热支撑结构：

解决强度和热传导之间的矛盾；抗热疲劳设计：

长期冷热循环；金属结构的防腐蚀涂料选择；与保温壁的连接及密封：

大温度区间内的热胀冷缩等,关键技术二：

复合隔热支撑底座,关键技术三：

有限元仿真及优化,流固耦合的温度场分析；固态保温壁的强度校核及模态分析；隔热支撑结构的强度校核及模态分析。

风洞外壁,保温层,风洞内壁,钢结构底板,支撑柱,防辐射层,保温层,底板（混凝土）,（超级隔热材料）,300K对流换热边界,100K对流换热边界,低阶固有频率必须避开鼓风机的转动频率区间，以防止共振,底板处固定,外壁温度、热流密度与隔热层厚度变化的关系（稳态）,方案3,关键技术三：

失效监控系统开发,温度场检测：

机械振动检测：

利用加速度传感器；,信号调理器,数据采集卡,加速度传感器,计算机,激光发生器,信号处理器,线性CMOS阵列,温度变送器,低温防护设计,方案二：

真空隔热壁方案,外界环境（室温）,风洞环境（110K）,外层不锈钢低真空支承结构填充材料内层不锈钢,优点：

结构紧凑隔热效果好可维护性好,缺点：

施工复杂，对制造施工要求高辅助系统：

需有辅助抽气系统对系统真空度定期维护,二、密封系统设计,透平轴端面密封动叶、静叶顶端密封轴承箱密封其它密封：

内外壳、检修人孔等,密封结构对比设计,密封属性名称,优点,缺点,应用位置,静密封,橡胶密封,高弹性、高耐磨性与适宜的机,械强度，在常温下密封可靠，可反复拆卸安装，易于加工，价格低廉,不能承受高温与低温的环境条件,动力段外层壳,氟塑料密封,化学稳定性好，低温性能良好，室温下出气率较普通橡胶小,弹性与机械强度较差,动力段内层壳,金属密封,放气量远小于橡胶密封方式，能满足超高真空度的要求,弹性差、重复使用性差，要求配合精度高,-,动密封,填料密封,结构简单，价格低廉,不能工作于深冷低温环境,-,金属波纹管密封,密封可靠、耐高温,造价高、寿命短,-,液态金属密封,密封可靠，摩擦力小,不能用于低温,-,磁力传动密封,无接触式，可实现完全密封，运行平稳、安装维修方便,高速下容易失速超大扭矩加工问题,长轴与外壳馈穿处,磁流体密封,转轴受到的摩擦力非常小，容,许转速高，结构简单，维护方便，间隙大，制造精度要求低，转轴的启动与停止比较方便,低温环境下，需要采取冷却或升温措施,长轴与外壳馈穿处,干气密封,干运转、气体润滑的非接触式机械密封，可实现气体零泄漏,端面沟槽进行针对性设计与优化；大直径密封沟槽的高精度加工；,长轴与外壳馈穿处,迷宫密封,适应高温、高压、高转速频率的场合,静叶顶端与轮毂的间隙,1、干气密封干式运转、运行可靠泄漏率小、功耗低,（3）泄漏率小、功耗低需突破的关键技术：

耐低温工况的副密封和辅助密封的结构设计和材料选择大尺寸密封环的加工工艺变速运行对密封端面磨损的影响和针对性设计,贯穿壳体的轴密封方案,串联式干气密封方案,单端面干气密封方案,贯穿壳体的轴密封方案2、磁性液体密封无磨损、零泄漏大尺寸制造更易实现成本相对较低需突破的关键技术：

大尺寸永磁体加工高线速度、耐低温磁性液体配方工艺磁性液体密封多级组合技术,1、机械密封,泄漏率低耐磨性好、可靠性高寿命长,稳定性好可达到的压力和线速度较高应用逆流泵送槽型，可以实现理论零泄漏且可靠性更高、寿命更长,轴承油密封方案,低压侧,高压侧,逆流泵送槽型,轴承油密封方案2、碳环密封结构简单轴向尺寸小不需复杂的润滑、冷却等外系统可采用剖分式结构，安装维护简单相对于机械密封泄漏率较大,谢谢！