基于二階滑移邊界條件的螺旋槽干氣密封潤(rùn)滑氣膜性能研究.pdf

1、隨著對(duì)螺旋槽干氣密封性能研究的不斷深入，其應(yīng)用范圍也從高速高壓擴(kuò)大到低速低壓。在低速低壓工況下，干氣密封端面間動(dòng)壓效果差，使得氣膜厚度較薄，端面間難以建立穩(wěn)定氣膜而產(chǎn)生干摩擦，導(dǎo)致嚴(yán)重磨損，由此引發(fā)了關(guān)于低速和低壓條件下干氣密封端面間滑移流問(wèn)題的研究。本文根據(jù)已經(jīng)建立的一階線性滑移邊界條件，通過(guò)理論分析構(gòu)建干氣密封槽內(nèi)氣體流的二階非線性滑移邊界條件，進(jìn)而通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)尋影響非線性滑移邊界條件各參數(shù)間的定量關(guān)系，推到出稀薄氣體流的二階非線性動(dòng)

2、力學(xué)方程，并分析二階非線性邊界滑移條件各參數(shù)對(duì)密封性能的影響，揭示干氣密封系統(tǒng)中蘊(yùn)函的復(fù)雜的非線性動(dòng)力學(xué)行為。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：
　　 應(yīng)用二階非線性滑移邊界條件推導(dǎo)出修正的廣義雷諾方程，并用PH線性化方法、迭代法對(duì)非線性雷諾方程近似求解，得到泄漏量的近似解析式。繼而通過(guò)工程實(shí)例利用Maple程序計(jì)算了不同轉(zhuǎn)速和壓力下的泄漏量數(shù)值，并與一階線性滑移邊界條件下的泄漏量和實(shí)驗(yàn)數(shù)值進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明：二階非線性滑移邊界條件下的

3、泄漏量值比一階線性滑移邊界條件下的泄漏量值更加接近實(shí)驗(yàn)數(shù)值，特別是在低速、低壓工況下更加明顯。
　　 應(yīng)用二階非線性滑移邊界條件推導(dǎo)出修正的廣義雷諾方程，并用PH線性化方法、迭代法對(duì)非線性雷諾方程近似求解，得到氣膜推力的近似解析式，繼而對(duì)其進(jìn)行氣膜厚度的求導(dǎo)，得到氣膜剛度的近似解析式。并利用Maple程序計(jì)算不同轉(zhuǎn)速和壓力下的氣膜剛度數(shù)值，并與一階線性滑移邊界條件下的氣膜剛度和試驗(yàn)數(shù)值進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明：隨著氣膜厚度的增加，二階

4、非線性滑移邊界條件下的氣膜剛度隨之減小，且呈非線性關(guān)系；隨著介質(zhì)壓力、轉(zhuǎn)速的增加，氣膜剛度也隨之增加，且呈線性關(guān)系；二階非線性滑移邊界條件下的氣膜剛度數(shù)值比一階線性滑移邊界條件下的氣膜剛度數(shù)值更接近試驗(yàn)數(shù)值，其計(jì)算精度較高，特別是在低速、低壓工況下更加明顯。因此在低速低壓釜用軸端干氣密封中將應(yīng)用二階速度滑移條件下的流體力學(xué)理論來(lái)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，指導(dǎo)工程應(yīng)用。
　　 應(yīng)用二階非線性滑移邊界條件推導(dǎo)出修正的廣義雷諾方程，并用PH線性化

5、方法、迭代法對(duì)非線性雷諾方程近似求解，得到氣膜推力的近似解析式。并對(duì)其進(jìn)行氣膜厚度的求導(dǎo)，得到氣膜剛度的近似解析式。繼而利用多目標(biāo)優(yōu)化方法構(gòu)建了氣膜剛度與泄漏量之比的協(xié)調(diào)函數(shù)，對(duì)該目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行近似求解，獲得最佳的螺旋槽幾何參數(shù)值。利用Maple程序計(jì)算了不同介質(zhì)壓力和轉(zhuǎn)速下的氣膜剛度、泄漏量的數(shù)值且與實(shí)驗(yàn)數(shù)值進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明：幾何參數(shù)優(yōu)化的干氣密封樣機(jī)測(cè)試數(shù)值與理論計(jì)算數(shù)值誤差較小，說(shuō)明運(yùn)用二階非線性滑移邊界條件計(jì)算出的理論數(shù)值具有

6、較好的精度。
　　 在干氣密封試驗(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，展示了干氣密封樣機(jī)和干氣密封試驗(yàn)臺(tái)攝影圖，為了保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，采取了必要的系統(tǒng)抗干擾措施。通過(guò)對(duì)優(yōu)化出螺旋槽干氣密封樣機(jī)進(jìn)行測(cè)試得到微尺度端面流場(chǎng)參數(shù)(泄漏量、氣膜厚度、氣膜壓力)實(shí)驗(yàn)值，通過(guò)與滑移邊界條件下的干氣密封理論性能參數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，得到二階非線性滑移邊界條件下的理論流場(chǎng)參數(shù)比一階線性滑移邊界條件下的理論流場(chǎng)參數(shù)更加接近于實(shí)驗(yàn)值，特別是在高速