螺旋槽干氣密封中低壓熱動(dòng)力潤(rùn)滑特性研究.pdf

1、干氣密封依靠微米厚度氣膜實(shí)現(xiàn)兩端面的非接觸運(yùn)行，隨著干氣密封技術(shù)向低壓、高速等領(lǐng)域的不斷拓展應(yīng)用，速度剪切熱和泄漏膨脹吸熱導(dǎo)致的密封氣膜熱動(dòng)力潤(rùn)滑問題日益突出。本文主要開展了螺旋槽干氣密封低壓熱動(dòng)力潤(rùn)滑特性的理論與實(shí)驗(yàn)研究工作。
　　首先，建立氣體端面密封熱動(dòng)力潤(rùn)滑分析的理論分析模型。針對(duì)典型單端面螺旋槽干氣密封結(jié)構(gòu)，定義了螺旋槽密封端面幾何參數(shù)，建立了幾何模型，確定了幾何邊界條件;考慮氣體粘度特性、高速氣流特性、氣膜溫度變化以及

2、端面變形，建立了螺旋槽干氣密封熱動(dòng)力潤(rùn)滑數(shù)學(xué)分析模型，確定了密封壓力邊界條件、溫度邊界條件以及變形約束條件。
　　其次，對(duì)螺旋槽干氣密封的等溫潤(rùn)滑特性進(jìn)行數(shù)值分析，重點(diǎn)研究了氣體粘度效應(yīng)和高速流阻塞效應(yīng)對(duì)密封氣膜壓力分布和密封特性參數(shù)的影響規(guī)律，討論了端面螺旋槽幾何參數(shù)的優(yōu)化取值范圍。數(shù)值分析結(jié)果表明，當(dāng)密封壓力低于3MPa，以空氣（或氮?dú)猓┳鳛槊芊饨橘|(zhì)時(shí)，可忽略氣體粘度效應(yīng)對(duì)密封性能的影響;入口壓力損失導(dǎo)致密封入口壓力降低，阻塞

3、效應(yīng)導(dǎo)致出口壓力增加;當(dāng)密封間隙為3μm，密封壓力高于2MPa時(shí)阻塞效應(yīng)不可忽略，密封壓力和密封間隙越大，阻塞效應(yīng)越明顯。
　　然后，對(duì)螺旋槽干氣密封的熱動(dòng)力潤(rùn)滑特性進(jìn)行數(shù)值分析，重點(diǎn)研究了端面型槽結(jié)構(gòu)對(duì)氣膜溫度分布和端面熱變形的影響規(guī)律，探討了端面熱變形的產(chǎn)生機(jī)理。數(shù)值分析結(jié)果表明，端面間氣膜溫度分布主要與密封壓力和密封間隙變化產(chǎn)生的氣體膨脹有關(guān)，并受密封轉(zhuǎn)速產(chǎn)生的氣流剪切影響;氣膜溫度變化導(dǎo)致端面熱變形的產(chǎn)生，端面間形成發(fā)散間

4、隙，使開啟力降低，泄漏率增大。當(dāng)最小密封間隙為3.5μm，密封壓力為2MPa，密封轉(zhuǎn)速為20000r/min，考慮端面熱變形，開啟力降低約9％，泄漏率增加100％。
　　最后，初步開展了螺旋槽干氣密封低壓工況實(shí)驗(yàn)研究，重點(diǎn)分析了不同轉(zhuǎn)速、不同壓力和槽根半徑條件下的溫度分布和泄漏率的變化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在靜壓工況下，由外徑到內(nèi)徑處，端面溫度降低;隨密封壓力的增大，端面溫度呈降低的趨勢(shì)。隨轉(zhuǎn)速增大，端面溫度呈增加的趨勢(shì);隨時(shí)間的增