柱面螺旋槽干氣密封穩(wěn)態(tài)流場特性研究.pdf

1、在形式多樣的非接觸式密封中，干氣密封作為一種新型的、先進(jìn)的軸端密封，因其優(yōu)良的密封性能、較長的使用壽命和運(yùn)行過程中的低磨損量，在旋轉(zhuǎn)流體機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，隨著流體機(jī)械不斷向高溫、高速、高壓的方向發(fā)展，對于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸端密封也就提出了更高的要求。本文針對煙氣輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)高溫大振幅的工況特性，提出了一種能適應(yīng)這種工況的柱面螺旋槽干氣密封。主要研究了柱面氣膜的壓力分布以及柱面密封的穩(wěn)態(tài)特性。
　　本文根據(jù)柱面螺旋槽密封的

2、特點(diǎn)，建立了考慮滑移邊界條件下的穩(wěn)態(tài)柱面雷諾方程。在相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，建立了含有螺旋槽結(jié)構(gòu)參數(shù)的氣膜厚度函數(shù)關(guān)系式。在膜厚方程和壓力邊界條件的控制下，利用PH線性化和小參數(shù)迭代等數(shù)學(xué)方法，求解出了柱面螺旋槽氣膜壓力分布的函數(shù)近似解析解。通過MATLAB軟件進(jìn)行編程，獲得了在特定工況下柱面氣膜的三維壓力分布情況，并對指定工況下的柱面螺旋槽密封穩(wěn)態(tài)特性進(jìn)行了求解，獲得了柱面螺旋槽密封的氣膜浮升力、密封泄漏量和摩擦轉(zhuǎn)矩等參數(shù)的大小。同時(shí)，計(jì)算

3、了偏心率存在情況下，無螺旋槽柱面密封和無偏心率存在情況下，螺旋槽柱面密封的壓力分布和穩(wěn)態(tài)特性，并與柱面螺旋槽干氣密封計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比分析。
　　在上述基礎(chǔ)上，針對不同的螺旋槽參數(shù)和工況參數(shù)，分析了氣膜壓力分布與螺旋槽槽數(shù)、槽深、偏心率和密封寬度之間的變化規(guī)律。同時(shí)，也討論了不同結(jié)構(gòu)工況參數(shù)下，氣膜浮升力、密封泄漏量和摩擦轉(zhuǎn)矩的變化規(guī)律。通過綜合以上研究分析結(jié)果，提出了部分優(yōu)化的螺旋槽結(jié)構(gòu)參數(shù)。結(jié)果表明：槽數(shù)、槽深、偏心率的增大，都

4、會(huì)導(dǎo)致壓力峰值逐漸增大；而密封寬度對壓力峰值影響不大。在不同偏心率下，槽數(shù)的變化對氣膜浮升力的影響不明顯，但是會(huì)導(dǎo)致摩擦轉(zhuǎn)矩的升高，泄漏量會(huì)下降至穩(wěn)定值。隨著槽深的增加，氣膜浮升力下降，泄漏量和摩擦轉(zhuǎn)矩都增加。隨著密封寬度的增加，氣膜浮升力變大，泄漏量減小。螺旋角的增加使得氣膜浮升力下降，摩擦轉(zhuǎn)矩和泄漏量上升。推薦了優(yōu)化槽數(shù)為12~18，密封寬度為0.03~0.045m，螺旋角為40°~50°。對后續(xù)的理論研究和工程應(yīng)用提供了一定的依據(jù)