Calculation of dynamic characteristics of turbomachinery mechanical seals

Capa

Citar

Texto integral

Resumo

Rotor vibration stands out as one of the primary causes of mechanical seal failure. However, classical dynamic seal models often would not be able to fully explaining the failure process. Therefore, the proposed dynamic model systematization, including the models developed by the authors, proves invaluable in predicting the dynamic behavior of seals during operation within specific turbomachines or explaining the causes of seal failure. The single-mass dynamic model can be used to study the operation of the contact mechanical seals and simple dry gas seals. Meanwhile, the two-mass dynamic model is used for the studding of operational processes in classical dry gas seals under complex loading. Additionally, the three-mass dynamic model finds application in studying the operation of various complex mechanical seal types. This model is used to accurately determine the range of normal operating conditions for such seal types and to identify the mechanism of leakage loss in the presence of excessive rotor vibrations.

Sobre autores

Sergey Falaleev

Samara National Research University

Autor responsável pela correspondência
Email: falaleev.sv@ssau.ru

Doctor of Science (Engineering), Professor, Head of the Department of Construction and Design of Aircraft Engines

Rússia, Samara

Renat Badykov

Samara National Research University

Email: renatbadykov@gmail.com

Candidate of Science (Engineering), Associate Professor of the Department of Construction and Design of Aircraft Engines

Rússia, Samara

Maksim Benedyuk

Samara National Research University

Email: maximbenedyuk@mail.ru

Assistant

Rússia, Samara

Bibliografia

  1. Falaleev, S. V., Novikov, D. K., Balyakin, V. B. and Sedov, V. V. (2013), Tortsovye gazodinamicheskie uplotneniya [Mechanical dry gas face seal], Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences,. Samara, 300 p. (In Russian)
  2. Falaleev, S. V. and Vinogradov, A. S. (2017), “Development of a dynamic model and study of the dynamic characteristics of an end gas dynamic seal”, Journal of Machinery Manufacture and Reliability, vol. 46, pp. 40-45.
  3. Ojile, J., Teixeira, J. and Carmody, C. (2010), “Mechanical seal failure analysis”, Tribology Transactions, vol. 53, pp. 630-635.
  4. Ruan, B. (2002), “A semi-analytical solution to the dynamic tracking of noncontacting gas faceseals”, Journal of Tribology, ASME, vol. 124, pp. 196-202.
  5. Miller, B. and Green, I. (1998), “Numerical Formulation for the Dynamic Analysis of Spiral-Grooved Gas Face Seals”, Journal of Tribology, ASME, vol. 120, pp. 345–352.
  6. Miller, B. and Green, I. (2001), “Numerical Techniques for Computing Rotor dynamic Properties of Mechanical Gas Face Seals”, Journal of Tribology, ASME, vol. 123, pp. 395-403.
  7. Green, I. (2005), “A transient dynamic analysis of mechanical seals including asperity contact and face deformation”, Tribology and Lubrication Technology, vol. 61, pp. 52–63.
  8. Lee, S. and Zheng, X. (2013), “Analyses of both steady behavior and dynamic tracking of non-contacting spiral-grooved gas face seals”, Computers and Fluids, vol. 88, pp. 326–333.
  9. Chen, Y., Jiang, J. and Peng, X. (2017), “Dynamic characteristics and transient sealing performance analysis of hyperelliptic curve groove dry gas seals”, Tribology International, vol. 116, pp. 217–228.
  10. Chen, Y., Peng, X., Jiang, J., Meng, X. and Li, J. (2018), “Experimental and theoretical studies of the dynamic behavior of a spiral-groove dry gas seal at high-speeds”, Tribology International, vol. 125, pp. 17-26.
  11. Blasiak, S. and Zahorulko, A. V. (2016), “A parametric and dynamic analysis of non-contacting gas face seals with modified surfaces”, Tribology International, vol. 94, pp. 126-137.
  12. Sun, D. F., Sun, J. J., Ma, C. B. and Yu, Q. P. (2019), “Frequency-Domain-Based Nonlinear Response Analysis of Stationary Ring Displacement of Noncontact Mechanical Seal”, Shock and Vibration, Article ID 7082538.
  13. Falaleev, S. V. (2015), “Methodology for calculating the hydrodynamic characteristics of a dry gas face seal with a complex gap shape”, Trenie i Iznos [Friction and Wear], vol. 36, No 2, pp. 230-237. (In Russian)
  14. Balyakin, V. B. and Falaleev, S. V. (2015), “Study of the temperature state of the dry gas face seal”, Trenie i Iznos [Friction and Wear], vol. 36, no 3, pp. 213-217. (In Russian)
  15. Green, I. and Etsion, I. (1983), “Fluid film dynamic coefficients in mechanical face seals”, Journal of Tribology, vol. 105, pp. 297–302.
  16. Ruan, B. (2000), “Finite element analysis of the spiral groove gas face seal at the slow speed and the low pressure conditions - slip flow consideration”, Tribology Transactions, vol. 43, pp. 411-418.
  17. Xu, J., Peng, X., Bai, S. and Meng, X. (2012), “CFD simulation of microscale flow field in spiral groove dry gas seal”, Proceedings of 2012 8th IEEE/ASME International Conference on Mechatronic and Embedded Systems and Applications, MESA, pp. 211–217.
  18. Wang, B., Zhang, H. and Cao, H. (2013), “Flow dynamics of a spiral-groove drygas seal”, Chinese Journal of Mechanical Engineering (English Edition), vol. 26, pp. 78-84.
  19. Su, H., Rahmani, R. and Rahnejat, H. (2016), “Thermohydrodynamics of bidirectional groove dry gas seals with slip flow”, International Journal of Thermal Sciences, vol. 110, pp. 270–284.
  20. Chen, Z., Zhao, P., Wang, J. and Ji, H. (2018), “Numerical Simulation of the Influence of the Angle of End Face Gap on the Performance of Dry Gas Seal”, Advanced Engineering Science, vol. 50, pp. 203-210.
  21. Falaleev, S. V. and Balyakin, V. B. (2014), “Usage of a hydrodynamic axial vibration damper to reduce vibration of gas turbine engines”, Proceedings of universities. Aeronautical engineering, no 3. pp. 72-75. (In Russian)
  22. Chegodaev, D. E. and Falaleev, S. V. (1985), “Dynamic characteristics of gas layer of face with elastic surface”, Trenie i Iznos [Friction and Wear], vol.6, no.5, pp.136-139. (In Russian)
  23. Badykov, R. R., Falaleev, S. V., Wood, H. and Vinogradov, A. S. (2018), “Gas film vibration inside dry gas seal gap”, 2018 Global Fluid Power Society PhD Symposium (GFPS).
  24. Falaleev, S. V. and Chegodaev, D. E. (1998), Non-contact mechanical seals for aircraft engines: fundamentals of theory and design, MAI, Moscow, 276 p. (In Russian)
  25. Badykov, R. R. and Falaleev, S. V. (2020), “Influence of turbomachinery vibration processes on the mechanical contact and dry gas seals”, 2020 International Conference on Dynamics and Vibroacoustics of Machines (DVM 2020), 9243903.
  26. Balyakin, V. B., Falaleev, S. V. and Novikov, D. K. (2002), “Secondary seal tightness”, Gas industry, no. 8, pp. 56-58. (In Russian)
  27. Green, I. and Etsion, I. (1986), “Pressure and Sgueeze Effects on the Dynamic Characteristics of Elastomer O-rings Under Small Reciprocating Motion”, Trans. ASME Jour. of Trib., V. 108, no. 3, pp. 439-445.
  28. Badykov, R. R. (2019), “Study of coupled dynamic processes in mechanical gas-dynamic seals”, Ph.D. Thesis, Samara National Research University, Samara, Russian Federation, 176 p. (In Russian)

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar

Declaração de direitos autorais © Falaleev S.V., Badykov R.R., Benedyuk M.A., 2024

Creative Commons License
Este artigo é disponível sob a Licença Creative Commons Atribuição–Compartilhalgual 4.0 Internacional.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».