气体润滑倾斜椭圆微孔密封端面磨损特性研究

发布时间：2020-03-21 17:42

【摘要】：倾斜微孔具有良好的动压效应,有利于实现气体润滑条件下密封端面的非接触长寿命运行。但是,在启停、低速、强振动等条件下,密封端面容易产生接触摩擦磨损。为进一步掌握微孔端面的磨损特性规律,论文开展了气体润滑倾斜椭圆微孔密封端面磨损特性研究。首先,基于气体润滑理论,建立了外流式倾斜椭圆微孔端面密封数学分析模型,数值计算分析了操作参数和端面几何参数对密封性能的影响规律,确定了实验用密封端面织构几何参数,并进一步分析了润滑状态的转变规律。结果表明,随着操作参数和几何参数的变化,外流式密封端面倾斜椭圆微孔呈现出与内流式密封端面相同的变化规律;密封端面所处的润滑状态受闭合力和转速的影响显著,在实验中可通过增加转速和降低弹簧力等方式实现润滑状态从混合润滑到全膜润滑的转变,为后续磨损实验提供理论依据。其次,开展了气体润滑倾斜椭圆微孔端面密封磨损实验,重点研究了不同转速、环境温度对密封端面磨损性能的影响。结果表明,随着操作工况条件的变化,密封端面呈现出相反的磨损性能;在低速工况下,微孔端面表现出增磨升温效果;反之,在高速工况下,织构端面表现出减磨降温效果,最大减磨率可达约50.8%,温度可减小约11.5oC;随着密封环境温度的升高,密封端面的磨损率急速上升。最后,以表面粗糙度为主要表征参数,研究了密封端面几何形貌的演化规律。结果表明,光滑静环(石墨环)端面磨损后,表面粗糙度增加,其径向和切向的表面粗糙度Ra值的变化趋势为先增大后减小;动环(不锈钢环)径向表面粗糙度Ra值呈现持续下降趋势,切向表面粗糙度Ra值先增大后减小;环境温度升到60oC之后,石墨环磨损后的表面粗糙度明显减小。本文以倾斜椭圆微孔端面密封为研究对象,通过理论和实验分析获得了气体润滑条件下表面微孔结构对密封端面磨损特性的作用规律,对气体端面密封的摩擦学设计和工程应用具有一定的指导意义。
【图文】：

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图 1-1 倾斜椭圆微孔型槽结构原理[7]图1-1所示为倾斜椭圆微孔端面密封流体作用机理示意图[7]。在密封工作时，倾斜椭圆微孔对气体具有导向作用，使得气体沿微孔长轴方向运动。气体密封高压侧的气体沿浅槽方向进入，并且在浅槽的末端由于其阻流作用而汇集挤压使的气体压力升高，形成明显的动压效果，保证密封端面的非接触运行，进而避免或降低端面接触磨损[13]。

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因此，研究密封端面减摩耐磨新原理和新方法是航空发动机气膜密封实长寿命设计所急需解决的问题之一。本文以方向性椭圆微孔气体密封为研究对象，对气膜密封端面的磨损特性变化规进行了实验研究，以期对长寿命气体端面密封的设计以及工程应用提供了一定的理论实际应用的指导。1.2 国内外研究现状1.2.1 端面微孔减磨作用机理在全膜润滑状态下，微孔表面上的流体容易形成空化条件，，每一个凹坑都相当于个微动力轴承，产生了额外的承载力，提高流体的动压开启力[14-19]，促进端面打开，而实现了摩擦副表面微孔的减磨耐磨作用，如图 1-2[19]所示为液体润滑下表面流体动效应示意图。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH136

【参考文献】