摩擦副界面微造型序列干气密封稳态流场特性研究

发布时间：2020-04-12 08:27

【摘要】：干气密封作为一种新型非接触式气体密封,因为具有泄漏量少、适用性好、寿命长、功耗低、故障率低等优势,被广泛推广和使用于各种工农业旋转设备中。随着干气密封的发展日趋成熟,也存在着在非稳定运行过程中会产生摩擦磨损,受外界条件影响导致气膜不稳定以及在现有的干气密封常规模型下,仅仅通过改变槽型结构参数来提高干气密封性能的效果越来越微弱的问题。通过研究表明,在相对滑动的摩擦副表界面的微型结构可以起到减少摩擦磨损、提高润滑性以及改善密封性能的作用。课题采用在密封环端面开设微型结构的思想,在静环表面开设微孔,同时在动环表面开设螺旋槽。根据干气密封动、静环的运动规律,抽取端面密封环间隙的气膜作为研究对象,运用SolidWorks软件建立具备跨尺度微型结构的微造型复合润滑气膜和单螺旋槽润滑气膜计算域模型,利用独有block映射技术的ICEM软件进行润滑气膜结构化网格划分,并采用CFD流场仿真软件Fluent对流场进行仿真模拟计算。通过对微造型复合润滑气膜和单螺旋槽润滑气膜进行仿真模拟所得出的润滑气膜压力、速度和壁面剪切力云图对比分析可知:微造型复合密封端面能够对提高干气密封性能产生积极作用。采用以干气密封的工况条件介质压力和转速为出发点,同时改变微孔的覆盖比与微孔的结构参数密度、深度和直径,从气膜开启力、泄漏量、润滑气膜摩擦系数及壁面剪切力四个影响干气密封性能的参数展开讨论,研究结果表明:在微孔覆盖比相同时,随着介质压力和转速的增大,影响干气密封性能的四种参数也随之增大;在介质压力和转速相同时,微孔的覆盖比对干气密封性能影响较大,增幅为5%~8%,并且当微孔的覆盖比为50%时干气密封的性能可达到最佳水平。在保持最佳微孔覆盖比为50%不变的情况下,改变该计算域模型微孔的结构参数密度、深度和直径,通过研究影响干气密封性能的四种参数的变化规律发现,与微孔的深度相比微孔的密度和直径对干气密封的性能提升较大,增幅为7%~8%,并且当微孔密度为12.5%,深度为10μm,直径为400μm时干气密封性能可达到最佳水平。在保持最佳微孔覆盖比为50%,微孔密度为12.5%,深度为10μm,直径为400μm不变的情况下,改变气膜厚度、螺旋槽结构参数槽深、槽数和螺旋角,通过对仿真模拟计算所得的数据进行气膜刚度方程式的拟合,通过对比气膜刚度的变化规律发现:螺旋槽结构参数对气膜刚度的提升幅度为1.2%~2%,并且当螺旋槽槽深为16μm,槽数为12,螺旋角为60°时干气密封性能够达到最佳水平。
【图文】：

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摩擦副界面微造型序列干气密封稳态流场特性研究验，发现表面织构的存在能够起到降低磨屑的切削和犁削擦副表面的研磨可以使石墨环的表面更加光滑。Wang 等”形的凹坑在提高承载力和减少泄漏量方面性能更加优秀的研究思路与内容国内外螺旋槽干气密封和表面微型结构的研究现状进行分封发展所面临的困境以及实际状况制定如下微造型复合界性研究的思路与主要研究内容，其中课题的研究思路如图

干气密封,螺旋槽,动环

章干气密封基本理论及复合界面流场仿真密封结构及其工作原理旋槽干气密封结构及其工作原理密封（气膜密封）是一种新型的非接触式机械密封，主要由 O动环、静环、密封腔等几部分构成，螺旋槽干气密封的结构如圈在干气密封设备中有着二次密封的作用，动环利用轴套安装面通常会开设有螺旋槽，除螺旋槽外还有直槽、斜槽、人字槽槽的深度通常为 2.5～10μm，，动环一般采用质地较硬的材料制造碳化钨等，动环结构如图 2.2(a)所示。静环与弹簧相连接，可轴向自由运动，静环通常采用石墨等质地较软的材料制造而成b)所示。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH136

【参考文献】