干气密封系统热力变形下的稳定性分析

发布时间：2022-07-12 13:03

　　首先,建立了热变形下气膜-密封环系统角向摆动动力学模型,考虑热变形对特例下的气膜温度场分布的影响,计算密封环变形量,用Maple软件拟合得到变形后的气膜厚度,继而对角向刚度和阻尼进行拟合,得到了系统非线性受迫振动方程包含二次项、三次项,通过计算Floquet指数,对系统进行稳定性分析,求解Melnikov函数研究了系统产生混沌运动的条件,得知外激励大小不变时,动力系统发生混沌运动的难易程度与阻尼大小呈负相关关系,求解出能够使系统稳定运行的螺旋角范围。当螺旋角为75°10￠43￠时系统发生Hopf分岔,结果表明,考虑热变形时,混沌现象及螺旋角的范围较不考虑热变形时有一定变化,即热变形对系统的稳定运行有一定影响,结果对干气密封系统优化有指导作用。然后,给定相关结构参数,分别改变槽深、介质压力、转速,研究这些结构参数单一变化时对密封环间隙中气膜温度的影响:随着槽深度增加,气膜温度呈现较小趋势;随着介质压力增大,气膜温度呈现减小趋势;随着转速增加气膜温度呈现增大趋势。再次,建立了密封环角向摆动力变形动力学模型,给出密封环变形计算方程,给定相应边界条件,求解相关参数,得出密封环的力变形状况,继而... 

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究意义
    1.2 国内外研究现状与发展趋势
        1.2.1 国内外研究现状
        1.2.2 国内外专利申请现状
        1.2.3 尚存在的问题
        1.2.4 目前主要研究方向
    1.3 本文主要研究内容
    1.4 本文的创新点和需解决的关键性问题
        1.4.1 课题的创新点
        1.4.2 课题需解决的关键性问题
第2章 螺旋槽干气密封基本理论
    2.1 干气密封工作原理及受力分析
        2.1.1 工作原理
        2.1.2 受力分析
    2.2 螺旋槽干气密封的主要参数
    2.3 干气密封系统气膜动压解析式近似计算
        2.3.1 N-S方程简化
        2.3.2 微尺度效应的雷诺方程
        2.3.3 无量纲柱坐标雷诺方程及边界条件
        2.3.4 边值问题近似解析式
第3章 热变形下干气密封系统角向摆动非线性稳定性及混沌运动
    3.1 基本方程的建立
    3.2 热力过程下气膜厚度计算
        3.2.1 气膜温度场计算
        3.2.2 气膜厚度计算
    3.3 非线性气膜刚度以及气膜阻尼的拟合
    3.4 Floquet指数为准则的失稳分析
        3.4.1 方程简化
        3.4.2 对自由振动方程求解
        3.4.3 用Floquet指数研究系统分岔问题
        3.4.4 用Melnikov方法研究系统的混沌问题
        3.4.5 研究系统分岔问题的螺旋角范围
        3.4.6 无热弹变形时系统分岔问题的螺旋角范围
    3.5 本章小结
第4章 螺旋槽干气密封相关参数对气膜温度场的影响
    4.1 改变槽深对气膜温度场的影响
    4.2 改变介质压力对气膜温度场的影响
    4.3 改变转速对气膜温度场的影响
    4.4 本章小结
第5章 力变形下干气密封系统角向摆动非线性稳定性分析
    5.1 建立基本方程
    5.2 求解支座所在位置
    5.3 确定边界条件
    5.4 求解密封环力变形
    5.5 计算气膜厚度
    5.6 非线性气膜刚度以及气膜阻尼的拟合
    5.7 Floquet指数为准则的失稳分析
        5.7.1 方程简化及求解自由振动方程
        5.7.2 用Floquet指数研究系统分岔问题
    5.8 研究系统分岔问题的螺旋角范围
    5.9 无力变形时系统分岔问题的螺旋角范围
    5.10 结论
    5.11 本章小结
第六章 热力变形下干气密封系统轴向振动非线性分析
    6.1 建立轴向振动方程
    6.2 热变形下系统轴向振动稳定性分析
        6.2.1 热变形下气膜刚度以及阻尼拟合
        6.2.2 简化方程
        6.2.3 求解Floquet指数研究分岔问题
        6.2.4 求解系统分岔问题的螺旋角范围
    6.3 力变形下系统轴向振动稳定性分析
        6.3.1 力变形下气膜刚度以及阻尼拟合
        6.3.2 简化方程
        6.3.3 求解系统分岔问题的螺旋角范围
    6.4 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录


【参考文献】：
期刊论文
[1]干气密封技术专利现状分析[J]. 李雷雷,韩婷.  当代化工研究. 2017(06)
[2]干气密封技术国产化的应用与发展[J]. 王国举,张贺.  四川化工. 2017(03)
[3]热耗散变形下干气密封系统轴向振动稳定性分析[J]. 丁雪兴,陆俊杰,刘勇,张英杰.  振动工程学报. 2016(01)
[4]螺旋槽干气密封微尺度气膜的温度场计算[J]. 丁雪兴,刘勇,张伟政,张英杰.  化工学报. 2014(04)
[5]干气密封系统角向摆动非线性稳定性分析[J]. 韩明君,李有堂,朱丽,丁雪兴,俞树荣.  应用力学学报. 2013(04)
[6]干气密封气膜-密封环系统角向摆动的失稳分析[J]. 韩明君,李有堂,朱丽,丁雪兴,俞树荣.  北京工业大学学报. 2012(11)
[7]干气密封螺旋槽内润滑气膜的热力过程[J]. 韩明君,李有堂,苏虹,丁雪兴,俞树荣.  排灌机械工程学报. 2012(04)
[8]干气密封系统轴向非线性动力稳定性[J]. 韩明君,李有堂,朱丽,丁雪兴,俞树荣.  化工机械. 2012(03)
[9]干气密封发展概况及其特性分析[J]. 刘飞,朱维兵.  机械设计与制造. 2010(11)
[10]干气密封与传统机械密封的性能比较[J]. 杨杰伟.  云南冶金. 2010(04)

博士论文
[1]热流固耦合下的螺旋槽干气密封特性及失稳分析[D]. 韩明君.兰州理工大学 2012
[2]干气密封螺旋槽润滑气膜的稳、动态特性研究[D]. 丁雪兴.兰州理工大学 2008

硕士论文
[1]螺旋槽干气密封数值模拟及其槽形参数优化[D]. 蒋小文.南京工业大学 2004



本文编号：3659175