静压干气密封微尺度气膜特性的研究

【摘要】干气密封是目前迅速发展的新颖密封类型,被广泛应用于高速回转设备随着工程应用的发展,干气密封开始应用于低速设备,如反应釜轴端密封,然而,高速动压效应理论已不能适用于低速充气式静压润滑理论,迫切需要建立静压干气密封润滑理论来指导工程应用。在工程应用中静压干气密封常常会因气膜厚度的过大或过小,出现泄漏量过大或动静环碰磨的现象,这就需要对气膜厚度进行计算并加以控制。主要研究内容和结论如下：(1)以雷诺方程为核心,进一步推导了静压干气密封气膜润滑控制方程。(2)采用有限差分法来求解节流孔式静压干气密封气膜雷诺方程；用VB编写了求解静压干气密封气膜雷诺方程的计算程序。(3)在编写的VB程序中调用MATLAB程序绘制气膜压力分布图。(4)在流量平衡原理的基础上提出了变步长的逐步逼近的迭代算法。结果表明,气膜径向压力从节流孔向静环内径和外径方向呈近似抛物线状逐渐下降,极大压力出现在节流孔处,极大值为3.567MPa,极小值为0.212MPa；随气膜厚度的增大端面气膜开启力减小；在工况一定的情况下,气膜刚度随着气膜厚度的增大逐渐减小。为了保证计算的准确性,将VB软件计算的径向压力分布,开启力、气膜刚度、泄漏量的计算值与文献值进行了对比,进一步进行了对泄漏量的试验验证,结果表明静压干气密封内,理论计算的泄漏量实测的泄漏量之间相对误差在最大值7.46%,相对误差最小值为1.30%。与实际情况有一定的偏差。泄漏量随着节流孔直径的增大而不断上升。虽然为了降低泄露量可以选择更小的节流孔直径,但是太小的节流孔直径使得加工难度系数大,所以选择合理的节流孔直径对静压干气密封的泄露量有很重要的意义,从而验证了文章VB数值软件计算的准确性。综上所述,为静压干气密封的设计和使用提供了理论基础,对静压干气密封的安全性,可靠性具有非常重要的工程应用价值。
【作者】闫飞；
【导师】丁雪兴；
【作者基本信息】兰州理工大学，安全工程，2014，硕士
【关键词】静压干气密封；有限差分法；雷诺方程；变步长；气膜刚度；

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