螺旋槽干氣密封系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)行為研究.pdf

1、螺旋槽干氣密封操作的穩(wěn)定性和可靠性與其槽型參數(shù)息息相關(guān)，其動(dòng)力學(xué)特性一直是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。本文以螺旋槽干氣密封為研究對(duì)象，建立了軸向振動(dòng)下氣膜-密封環(huán)雙自由度系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，利用Maple程序求解了軸向振動(dòng)方程，對(duì)靜環(huán)追隨動(dòng)環(huán)的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上利用特例計(jì)算并擬合非線性氣膜動(dòng)態(tài)參數(shù)，得到了一個(gè)非線性受迫振動(dòng)微分方程，分析了螺旋角對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：
　　 建立了氣膜軸向和角向阻尼系數(shù)的計(jì)算

2、模型，利用Maple程序求解阻尼系數(shù)的近似表達(dá)式，通過(guò)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性分析，獲得不同介質(zhì)壓力和轉(zhuǎn)速下的槽型參數(shù)。分析結(jié)果表明：隨著介質(zhì)壓力和轉(zhuǎn)速的增大，氣膜阻尼系數(shù)增大，得到穩(wěn)定性最佳的螺旋角數(shù)值，且與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本一致，說(shuō)明所建立的阻尼系數(shù)數(shù)學(xué)模型正確。
　　 建立了軸向振動(dòng)下氣膜-密封環(huán)雙自由度系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，利用Maple程序求解了軸向振動(dòng)方程，獲得了在不同追隨性系數(shù)下的靜環(huán)時(shí)間歷程圖。研究結(jié)果表明：特例中靜環(huán)追隨動(dòng)環(huán)的臨界條件是

3、彈簧剛度為氣膜剛度的0.42倍，改變工況不影響其臨界條件。但隨著結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化，臨界條件發(fā)生了改變?？梢?jiàn)通過(guò)選擇合理的追隨性系數(shù)可以控制氣膜的穩(wěn)定性，為干氣密封動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。
　　 基于非線性振動(dòng)理論，在特例下計(jì)算并擬合非線性氣膜動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，得到了一個(gè)非線性受迫振動(dòng)微分方程。在無(wú)外激勵(lì)情況下，通過(guò)求Floquet指數(shù)討論了系統(tǒng)分岔問(wèn)題，分析了螺旋角對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，給出了使干氣密封系統(tǒng)穩(wěn)定的螺旋角范圍，并求得在

4、特例下螺旋角α=75°13′26”時(shí)系統(tǒng)發(fā)生Hopf分岔。這與先前利用龍格-庫(kù)塔法研究的結(jié)果一致，從而驗(yàn)證了該方法的正確性。改變工況討論系統(tǒng)分岔問(wèn)題，得到了系統(tǒng)分岔時(shí)的螺旋角數(shù)值，結(jié)果表明其螺旋角數(shù)值基本不變，說(shuō)明改變工況其分岔點(diǎn)位置不變，其結(jié)果為干氣密封的動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)。
　　 在成都一通密封有限公司的2900r/min密封試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)螺旋槽干氣密封系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。完成了氣體端面密封試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)