螺旋槽干氣密封中低壓熱動力潤滑特性研究.pdf

1、干氣密封依靠微米厚度氣膜實現(xiàn)兩端面的非接觸運行，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致的密封氣膜熱動力潤滑問題日益突出。本文主要開展了螺旋槽干氣密封低壓熱動力潤滑特性的理論與實驗研究工作。
　　首先，建立氣體端面密封熱動力潤滑分析的理論分析模型。針對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力潤滑數(shù)學分析模型，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，對螺旋槽干氣密封的等溫潤滑特性進行數(shù)值分析，重點研究了氣體粘度效應(yīng)和高速流阻塞效應(yīng)對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，當密封壓力低于3MPa，以空氣（或氮氣）作為密封介質(zhì)時，可忽略氣體粘度效應(yīng)對密封性能的影響;入口壓力損失導致密封入口壓力降低，阻塞

3、效應(yīng)導致出口壓力增加;當密封間隙為3μm，密封壓力高于2MPa時阻塞效應(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，對螺旋槽干氣密封的熱動力潤滑特性進行數(shù)值分析，重點研究了端面型槽結(jié)構(gòu)對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驗研究，重點分析了不同轉(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。實驗結(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。隨轉(zhuǎn)速增大，端面溫度呈增加的趨勢;隨時間的增