靜壓干氣密封微尺度氣膜剛度的變分計(jì)算及優(yōu)化.pdf

1、目前，一種發(fā)展比較迅速其在高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備使用上備受青睞的動(dòng)密封即為干氣密封。在工程實(shí)踐應(yīng)用上，條件范圍拓寬到主軸處于低轉(zhuǎn)速下，如攪拌器等。干氣密封在高速形成動(dòng)壓的理論過(guò)程不能得以實(shí)現(xiàn)，工程問(wèn)題突顯出需要一種適用低轉(zhuǎn)速下的密封理論來(lái)指導(dǎo)解決工程實(shí)踐中出現(xiàn)的問(wèn)題。
　　本論文依據(jù)流體力學(xué)和氣體潤(rùn)滑，結(jié)合靜壓干氣密封的邊界條件，推導(dǎo)出了氣體雷諾方程，依據(jù)靜壓干氣密封的基本工作原理和結(jié)構(gòu)參數(shù)，應(yīng)用伽遼金法對(duì)方程進(jìn)行化簡(jiǎn)得到變分方程，由密封腔

2、中密封氣膜所處的邊界條件，使用有限元法和超松弛迭代對(duì)離散化的變分方程進(jìn)行求解。得出在靜環(huán)密封端面上壓力分布，在軸向上，從靜環(huán)密封端面到動(dòng)環(huán)密封端面方向上，壓力呈現(xiàn)拋物線型遞減趨勢(shì)。在靜環(huán)密封端面徑向上，由節(jié)流孔處向內(nèi)徑和外徑出逐漸降低，在節(jié)流孔處出現(xiàn)壓力最高峰。
　　再通過(guò)熱平衡分析和模型簡(jiǎn)化，建立了靜壓干氣密封三維穩(wěn)態(tài)柱坐標(biāo)下無(wú)內(nèi)熱源的固體導(dǎo)熱微分方程。應(yīng)用ANSYS軟件建立靜壓干氣密封動(dòng)、靜環(huán)力變形、溫度場(chǎng)及熱力耦合變形有限元

3、分析模型，并對(duì)密封環(huán)力變形分析，溫度場(chǎng)進(jìn)行求解及熱力耦合變形下的計(jì)算。得出了只考慮力變形情況下，動(dòng)、靜環(huán)的變形云圖和變形量。密封端面的溫度場(chǎng)分析和熱力耦合變形情況下的動(dòng)、靜環(huán)的變形云圖和變形量。
　　根據(jù)穩(wěn)態(tài)下計(jì)算出來(lái)的靜環(huán)端面壓力分布，考慮熱力耦合下靜環(huán)端面的變形，從而影響氣膜剛度。計(jì)算得出在不同工況下，不同的節(jié)流孔特性參數(shù)及端面參數(shù)對(duì)密封穩(wěn)定性的影響，及不同工況下的泄漏量及摩擦功耗。最后獲得靜壓干氣密封端面微尺度氣膜位移的優(yōu)化