干气密封环摩擦振动信号混沌特征分析及其摩擦学性能研究
发布时间：2021-10-16 10:56
干气密封是现阶段较为先进的密封形式之一,在启停阶段以及非正常运行阶段通常会出现接触摩擦,进而导致一系列磨损问题的发生,影响干气密封的使用寿命和利用价值。摩擦振动是摩擦副在摩擦磨损过程中所产生的普遍现象,摩擦振动信号蕴含着大量反映摩擦副运行状态的信息。此外,混沌理论能够良好展现摩擦系统的非线性特征,反映系统变化规律。因此,提取干气密封环在摩擦磨损过程中的变化特征,掌握摩擦磨损状态,并且根据混沌参数研究密封环表面的摩擦学性能变化,可为干气密封环摩擦学研究、磨损状态监测提供理论依据。本文以干气密封的启停阶段为研究背景,选择合适的工况参数,进行干气密封环磨合磨损试验,采集运行过程中的振动信号,并利用集合经验模态分解方法（EEMD）进行降噪,提取出合适的摩擦振动信号数据,之后在此基础上运用混沌理论对摩擦振动信号进行混沌特征分析。利用混沌理论分析干气密封环间产生的摩擦振动信号,发现当转速为500r/min,载荷为150N、450N、700N时,磨合到稳定的过程中,各个摩擦振动信号时间序列的最大Lyapunov全部大于零、主成分分量谱图基本呈一条斜率为负的直线,同时吸引子的形态皆具有一定分布形式的轨...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
干气密封示意图[23]
工程硕士学位论文3密封装置后，动环和静环由于流体静压力和弹簧力的共同作用，起到良好的密封作用。由于动环表面开设有螺旋槽，故而当动环旋转时密封气体会切向吸入槽内，并沿槽根部流动。但是气体在受到密封堰的阻碍后会做减速流动，之后被压缩，在此过程中气体压力逐渐升高，便产生了流体动压力。图1.1干气密封示意图[23]图1.2所示为干气密封受力图，从图中可以看出，弹簧力FS和流体静压力FP组成了使得干气密封闭合的闭合力FC，干气密封的开启力FO实际为密封端面间的流体动压力。当密封环刚开始工作时，转速和流体动压力都处于较小值，使得FO<FC，动静环相互接触。随着工作的进行，密封环转速逐渐升高，闭合力保持不变，使得FO>FC，开启力使得动静环相互脱开，并且压缩弹簧，这时闭合力开始增大，当动静环表面达到受力平衡时，在端面间便会产生气膜，起到密封的作用，这时干气密封便开始运转。干气密封动静环开始脱开时的转速被称做开启转速，本文所做的试验中的转速便考虑的是干气密封的开启转速。图1.2干气密封受力图[24]干气密封又被称为“气膜密封”，动环表面的动压直接影响着气膜压力、刚度等，因此动环上的选槽也有一定要求，对于单旋向槽而言，动环的旋转方向必须是固定的，若换了旋转方向那么整个干气密封环便会失去动压效应，无法达到密封效果；双旋向槽在两个方向上都能产生动压效应，但是稳定性较差，在低速的工况下双旋向槽无法适应，会导致密封性能不佳，故而在选择螺旋槽的时候更应该考虑到实际的工况需求。由于单旋向槽的气膜刚度较大，适用的工况条件较多，
干气密封环摩擦振动信号混沌特征分析及其摩擦学性能研究4因此本文试验中所使用的也是单向螺旋槽。图1.3所示为单向槽型的动压效应图，开槽的形式为常用的对数螺旋槽，气体沿着螺旋槽从外径被吸入槽根部，并且在被吸入的过程中不断压缩，压力升高，这时密封坝会产生节流效应，使得气体在槽根部达到压力最大值，从而使得密封端面互相脱开产生气膜。图1.3中的开启力也是这样产生的。图1.3动压效应图[24]1.4国内外研究现状1.4.1干气密封研究现状干气密封起源于上个世纪六十年代，是一种环保性能极佳的技术，且密封的功率消耗非常小[25]。其最早是应用于压缩机上，由英国约翰克兰公司设计制造，这是干气密封进军于工业领域首次获取成功[26]。起初我国对于干气密封的研究主要基于翻译外文文献[27]，但之后鉴于先前的国外经验，也开始了对于干气密封的探索之路[28]，主要集中于分析在生产中遇到的实际工业问题，但大多没有给出具体解决方法[29]。自本世纪开始，对于干气密封的研究就包括了机理分析[30]、仿真模拟[31]以及新型密封环结构专利的申请[32]等。在这些研究基础之上，人们愈发认识到了干气密封的重要作用，随着国家科技实力的增强，对干气密封的结构设计、性能参数设定的要求也越来越苛刻，这使得对干气密封的研究成为更新、更强的挑战。从早期开始对于干气密封的研究就多集中于槽型结构优化设计、气膜动态稳态特性等方面，这些对干气密封的发展都起到了关键作用。近些年来，国内外对干气密封端面间摩擦磨损研究也逐渐受到重视，干气密封的摩擦磨损通常出现在启停阶段，但实际上在运行的过程中由于加工制造、装配误差和工作环境的影响，在运行阶段也会出现一定程度的磨损[33]，同时还伴随着温升、划伤等现象的产生，这些因素会进行不
【参考文献】：
期刊论文
[1]刷式密封刷丝变形与振动特性实验[J]. 孙丹,杜宸宇,刘永泉,战鹏,信琦. 航空学报. 2020(10)
[2]节流孔出气模式对静压干气密封稳态性能影响[J]. 车健,江锦波,李纪云,彭旭东,马艺,王玉明. 化工学报. 2020(04)
[3]双盘转子轴向窜动与摩擦振动分析[J]. 潘健智,胡伟男,魏大盛,陆利蓬. 吉林大学学报(工学版). 2020(04)
[4]循环氢离心压缩机干气密封失效的风险管理[J]. 李俊涛. 压缩机技术. 2019(05)
[5]挤压造粒机旋转接头泄漏原因分析及改进措施研究[J]. 柳非非. 化学工程与装备. 2019(09)
[6]柴油加氢装置循环氢压缩机干气密封故障分析与处理[J]. 董元亮,张博强,赵小阳,孙德超,栾硕. 中国设备工程. 2019(17)
[7]表面沟槽与润滑剂协同作用对摩擦振动和噪声特性的影响[J]. 王安宇,王东伟,范志勇,吴元科,项载毓,莫继良. 表面技术. 2019(08)
[8]干气密封滑动摩擦界面切向接触刚度分形模型[J]. 孙宝财,丁雪兴,陈金林,张伟政,严如奇. 摩擦学学报. 2019(01)
[9]干气密封动力学研究新进展[J]. 邓强国,宋鹏云,许恒杰,毛文元. 润滑与密封. 2018(06)
[10]基于混沌吸引子的飞轮故障检测[J]. 李磊,高永明,吴止锾. 北京航空航天大学学报. 2018(09)
博士论文
[1]磨损表面形貌的分形表征及其随磨损过程的变化规律研究[D]. 左雪.中国矿业大学 2017
[2]基于双高斯分层表面理论的密封摩擦磨损研究[D]. 胡松涛.清华大学 2017
[3]往复滑动摩擦副磨合过程摩擦振动非线性特征研究[D]. 孙迪.大连海事大学 2015
硕士论文
[1]干气密封波纹管膜片的非线性动力学特性分析[D]. 王伟兵.兰州理工大学 2019
[2]摩擦副界面微造型序列干气密封稳态流场特性研究[D]. 陈传刚.兰州理工大学 2019
[3]干气密封气动运行特性及预测模型的数值与试验研究[D]. 田广胜.天津大学 2018
[4]螺旋槽干气密封环端面摩擦学特性研究[D]. 王平西.兰州理工大学 2017
[5]磨损过程中摩擦力与摩擦振动信号的混沌特性及相关性[D]. 陈楠轩.中国矿业大学 2015
[6]缸套—活塞环摩擦副磨合过程摩擦振动混沌特征分析[D]. 孙贵鑫.大连海事大学 2015
[7]基于集合经验模态分析的滚动轴承故障特征提取[D]. 李丹丹.安徽农业大学 2013
[8]基于主成分分析的多变量混沌时间序列预测研究[D]. 范明明.大连理工大学 2006
本文编号：3439685
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
干气密封示意图[23]
工程硕士学位论文3密封装置后，动环和静环由于流体静压力和弹簧力的共同作用，起到良好的密封作用。由于动环表面开设有螺旋槽，故而当动环旋转时密封气体会切向吸入槽内，并沿槽根部流动。但是气体在受到密封堰的阻碍后会做减速流动，之后被压缩，在此过程中气体压力逐渐升高，便产生了流体动压力。图1.1干气密封示意图[23]图1.2所示为干气密封受力图，从图中可以看出，弹簧力FS和流体静压力FP组成了使得干气密封闭合的闭合力FC，干气密封的开启力FO实际为密封端面间的流体动压力。当密封环刚开始工作时，转速和流体动压力都处于较小值，使得FO<FC，动静环相互接触。随着工作的进行，密封环转速逐渐升高，闭合力保持不变，使得FO>FC，开启力使得动静环相互脱开，并且压缩弹簧，这时闭合力开始增大，当动静环表面达到受力平衡时，在端面间便会产生气膜，起到密封的作用，这时干气密封便开始运转。干气密封动静环开始脱开时的转速被称做开启转速，本文所做的试验中的转速便考虑的是干气密封的开启转速。图1.2干气密封受力图[24]干气密封又被称为“气膜密封”，动环表面的动压直接影响着气膜压力、刚度等，因此动环上的选槽也有一定要求，对于单旋向槽而言，动环的旋转方向必须是固定的，若换了旋转方向那么整个干气密封环便会失去动压效应，无法达到密封效果；双旋向槽在两个方向上都能产生动压效应，但是稳定性较差，在低速的工况下双旋向槽无法适应，会导致密封性能不佳，故而在选择螺旋槽的时候更应该考虑到实际的工况需求。由于单旋向槽的气膜刚度较大，适用的工况条件较多，
干气密封环摩擦振动信号混沌特征分析及其摩擦学性能研究4因此本文试验中所使用的也是单向螺旋槽。图1.3所示为单向槽型的动压效应图，开槽的形式为常用的对数螺旋槽，气体沿着螺旋槽从外径被吸入槽根部，并且在被吸入的过程中不断压缩，压力升高，这时密封坝会产生节流效应，使得气体在槽根部达到压力最大值，从而使得密封端面互相脱开产生气膜。图1.3中的开启力也是这样产生的。图1.3动压效应图[24]1.4国内外研究现状1.4.1干气密封研究现状干气密封起源于上个世纪六十年代，是一种环保性能极佳的技术，且密封的功率消耗非常小[25]。其最早是应用于压缩机上，由英国约翰克兰公司设计制造，这是干气密封进军于工业领域首次获取成功[26]。起初我国对于干气密封的研究主要基于翻译外文文献[27]，但之后鉴于先前的国外经验，也开始了对于干气密封的探索之路[28]，主要集中于分析在生产中遇到的实际工业问题，但大多没有给出具体解决方法[29]。自本世纪开始，对于干气密封的研究就包括了机理分析[30]、仿真模拟[31]以及新型密封环结构专利的申请[32]等。在这些研究基础之上，人们愈发认识到了干气密封的重要作用，随着国家科技实力的增强，对干气密封的结构设计、性能参数设定的要求也越来越苛刻，这使得对干气密封的研究成为更新、更强的挑战。从早期开始对于干气密封的研究就多集中于槽型结构优化设计、气膜动态稳态特性等方面，这些对干气密封的发展都起到了关键作用。近些年来，国内外对干气密封端面间摩擦磨损研究也逐渐受到重视，干气密封的摩擦磨损通常出现在启停阶段，但实际上在运行的过程中由于加工制造、装配误差和工作环境的影响，在运行阶段也会出现一定程度的磨损[33]，同时还伴随着温升、划伤等现象的产生，这些因素会进行不
【参考文献】：
期刊论文
[1]刷式密封刷丝变形与振动特性实验[J]. 孙丹,杜宸宇,刘永泉,战鹏,信琦. 航空学报. 2020(10)
[2]节流孔出气模式对静压干气密封稳态性能影响[J]. 车健,江锦波,李纪云,彭旭东,马艺,王玉明. 化工学报. 2020(04)
[3]双盘转子轴向窜动与摩擦振动分析[J]. 潘健智,胡伟男,魏大盛,陆利蓬. 吉林大学学报(工学版). 2020(04)
[4]循环氢离心压缩机干气密封失效的风险管理[J]. 李俊涛. 压缩机技术. 2019(05)
[5]挤压造粒机旋转接头泄漏原因分析及改进措施研究[J]. 柳非非. 化学工程与装备. 2019(09)
[6]柴油加氢装置循环氢压缩机干气密封故障分析与处理[J]. 董元亮,张博强,赵小阳,孙德超,栾硕. 中国设备工程. 2019(17)
[7]表面沟槽与润滑剂协同作用对摩擦振动和噪声特性的影响[J]. 王安宇,王东伟,范志勇,吴元科,项载毓,莫继良. 表面技术. 2019(08)
[8]干气密封滑动摩擦界面切向接触刚度分形模型[J]. 孙宝财,丁雪兴,陈金林,张伟政,严如奇. 摩擦学学报. 2019(01)
[9]干气密封动力学研究新进展[J]. 邓强国,宋鹏云,许恒杰,毛文元. 润滑与密封. 2018(06)
[10]基于混沌吸引子的飞轮故障检测[J]. 李磊,高永明,吴止锾. 北京航空航天大学学报. 2018(09)
博士论文
[1]磨损表面形貌的分形表征及其随磨损过程的变化规律研究[D]. 左雪.中国矿业大学 2017
[2]基于双高斯分层表面理论的密封摩擦磨损研究[D]. 胡松涛.清华大学 2017
[3]往复滑动摩擦副磨合过程摩擦振动非线性特征研究[D]. 孙迪.大连海事大学 2015
硕士论文
[1]干气密封波纹管膜片的非线性动力学特性分析[D]. 王伟兵.兰州理工大学 2019
[2]摩擦副界面微造型序列干气密封稳态流场特性研究[D]. 陈传刚.兰州理工大学 2019
[3]干气密封气动运行特性及预测模型的数值与试验研究[D]. 田广胜.天津大学 2018
[4]螺旋槽干气密封环端面摩擦学特性研究[D]. 王平西.兰州理工大学 2017
[5]磨损过程中摩擦力与摩擦振动信号的混沌特性及相关性[D]. 陈楠轩.中国矿业大学 2015
[6]缸套—活塞环摩擦副磨合过程摩擦振动混沌特征分析[D]. 孙贵鑫.大连海事大学 2015
[7]基于集合经验模态分析的滚动轴承故障特征提取[D]. 李丹丹.安徽农业大学 2013
[8]基于主成分分析的多变量混沌时间序列预测研究[D]. 范明明.大连理工大学 2006
本文编号：3439685
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/gongchengguanli/3439685.html
