整体式气膜浮环密封的开启性能与泄漏特性研究
发布时间：2021-09-17 05:55
整体式气膜浮环密封具有安全、稳定、抗扰动能力强等优势,现已成为航空发动机主轴承腔最主要的密封形式,但在实际应用中容易因设计不当或超出工作范围导致密封不能开启或者泄漏率较大出现密封失效、密封效果不理想等问题。本文对整体式气膜浮环密封系统的流场、不同开车顺序下的开启性能以及全工况下的泄漏特性展开理论研究并总结浮环密封的设计方法、编制浮环密封性能分析软件、进行原理性试验。采用Ansys-fluent建立含前后置流道的浮环流场的有限元模型,得到可压缩流体进行间隙流动时的压力场、密度场、速度场等分布规律,揭示进口效应较为明显但几乎无出口效应。通过改变不同的密封参数得到对应条件下浮环进口处的压力损失率、压力损失系数以及入口截面流速变化规律,研究得出压力损失率与节流长度、半径间隙、偏心率等参数的有关而与操作转速、轴径等无关。建立了航空发动机浮环密封入口压力损失数据库,为理论研究及工程应用提供了极大的便捷。通过对浮环受力分析以及采用Workbench建立密封组件静力学模型,得到浮环在高温、高速以及过盈镶装条件下最大开启阻力及工作间隙的计算方法,并由此建立考虑压力损失的气膜浮环开启转速有限元计算模型,总...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：111 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１＿２刷式密封?图１－３干气密封??Ｆｉｇ．１－２?Ｂｒｕｓｈ?ｓｅａｌ?Ｆｉｇ．?１－３?Ｄｒｙ?ｇａｓ?ｓｅａｌ??
?北京化工大学硕士学位论文???外用石墨环代替了一部分的金属环使密封件的总质量变轻且与侧壁的摩擦系数??降低，浮环更容易上福??１．２．２浮环密封存在的问题及难点??从初始密封件的选型设计到实际安装开车的整个过程均浮环密封均可能出??现问题，作者以前人的分析及实操为基础结合自身长期研宄，总结出应用于航??空发动机上的整体式气膜浮环密封常存在的问题如下：??（１）密封不能幵启：为控制泄漏率浮环的动态间隙通常设置的很小，而发??动机跑道又处于大扰动条件下，若密封不能开启很容易导致刚性的跑道与脆性??的石墨之间发生碰磨甚至断裂，这是密封系统所不能够允许的，图１－５为发生??磨损与断裂的浮环实物图。??Ｏ．Ｕ??（ａ）磨损的浮环?（ｂ）断裂的浮环??图１－５发生损坏的浮环??Ｆｉｇ．ｌ－５?Ｄａｍａｇｅｄ?ｆｌｏａｔｉｎｇ?ｒｉｎｇ??（２）泄漏率相对较大：整体式浮环密封有轴向、径向两个泄漏通道，其中??轴向的主泄漏通道为非接触式密封，因而相对机械密封Ｗ与分瓣式浮环来说较??大，只适用于发动机、压缩机等气量较大的场合。对于气量较小的场合若使用??浮环密封可添加辅助系统，采用以油封气的方式或者设计多级浮环串联以减小??泄漏率；??（３）镶装结构破坏：航空发动机所处的气体环境十分复杂，操作温度高时??甚至能达到５００°Ｃ以上。由于石墨环的线膨胀系数小于镶装环，高温下的过盈??量会随着温度升高而逐渐消失最终导致脱镶，从而导致安全隐患。另外镶装完??成后的石墨环与金属环之间存在一定的接触应力，接触应力会随着过盈量的增??大而增大，若过盈量设置不合理可能会导致镶装完成后的石墨环碎裂。??４??
生压降。同样的一般情况下在流体离开节流通道时会发生类似于??管道突然扩大的流动，此时的压力会发生些许的上升，这种压力发生突变的现??象称为进出口效应。考虑到进出口效应，浮环密封的实际轴向压力分布［６２】如图??２－１所示。??Ｐｍ??ｐ＊?—￣ＩＬ．??／Ｖ?不巧等逢体??、？?罗压縮涎体??！?ＸＶ?！??Ｐｉ?ｊ?ｆ＇ｊ???ｐ；?ｊ?．Ｚ＾｜Ｊａｐ！．??Ｉ?Ｉ??Ｉ?Ｉ??￣￣ｉ?￣￣￣ｔ?ｒ??ｗ?ｖ?Ｐ；??－Ｉ?＿ｖ—［??图２－１浮环密封轴向压力分布??Ｆｉｇ．２－１?Ａｘｉａｌ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｆｌｏａｔｉｎｇ?ｒｉｎｇ?ｓｅａｌ??１１??
【参考文献】：
期刊论文
[1]浮环轴向长度对高速轻载涡轮增压器转子系统振动特性影响研究[J]. 宾光富,黄源,钟新利,杨峰. 机械工程学报. 2019(23)
[2]浮环轴承贫油润滑温度预测模型研究[J]. 彭立强,郑惠萍,师占群. 润滑与密封. 2019(03)
[3]气膜浮环密封特性参数的影响因素分析[J]. 马利军,李双喜,马也,张秋翔,蔡纪宁. 流体机械. 2018(10)
[4]高温镶装式浮环密封的径向间隙研究[J]. 马利军,李双喜,蔡纪宁,马文杰. 润滑与密封. 2018(06)
[5]非接触密封失稳振动分析与结构优化[J]. 刘蕴,董冠华,殷国富. 浙江大学学报(工学版). 2018(07)
[6]基于逾渗理论的机械密封界面静态泄漏预测方法[J]. 嵇正波,孙见君,陆建花,马晨波,於秋萍. 摩擦学学报. 2017(06)
[7]浮环密封结构弹性对间隙泄漏量和动力学系数的影响[J]. 夏鹏,刘占生. 推进技术. 2017(12)
[8]基于雷诺方程及流体数值分析方法的浮动环密封泄漏特性研究[J]. 张家远,王利恒,苏鑫. 机械. 2017(09)
[9]浮环轴承稳态热流体动力润滑分析[J]. 裴世源,徐华,石放辉. 机械工程学报. 2017(23)
[10]浮环密封运动机理及对轴系稳定性的影响[J]. 刘占生,夏鹏,张广辉,徐宁. 振动与冲击. 2016(09)
硕士论文
[1]高速干摩擦波纹管氦气机械密封性能研究[D]. 孙宪栋.北京化工大学 2018
[2]柱面气膜密封数值模拟与性能分析[D]. 苏泽辉.昆明理工大学 2016
[3]圆柱滑动轴承动静态特性分析及计算软件开发[D]. 夏鹏.哈尔滨工业大学 2013
[4]螺旋槽流体动压浮环密封特性分析[D]. 张贤晓.中国石油大学 2010
本文编号：3398103
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：111 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１＿２刷式密封?图１－３干气密封??Ｆｉｇ．１－２?Ｂｒｕｓｈ?ｓｅａｌ?Ｆｉｇ．?１－３?Ｄｒｙ?ｇａｓ?ｓｅａｌ??
?北京化工大学硕士学位论文???外用石墨环代替了一部分的金属环使密封件的总质量变轻且与侧壁的摩擦系数??降低，浮环更容易上福??１．２．２浮环密封存在的问题及难点??从初始密封件的选型设计到实际安装开车的整个过程均浮环密封均可能出??现问题，作者以前人的分析及实操为基础结合自身长期研宄，总结出应用于航??空发动机上的整体式气膜浮环密封常存在的问题如下：??（１）密封不能幵启：为控制泄漏率浮环的动态间隙通常设置的很小，而发??动机跑道又处于大扰动条件下，若密封不能开启很容易导致刚性的跑道与脆性??的石墨之间发生碰磨甚至断裂，这是密封系统所不能够允许的，图１－５为发生??磨损与断裂的浮环实物图。??Ｏ．Ｕ??（ａ）磨损的浮环?（ｂ）断裂的浮环??图１－５发生损坏的浮环??Ｆｉｇ．ｌ－５?Ｄａｍａｇｅｄ?ｆｌｏａｔｉｎｇ?ｒｉｎｇ??（２）泄漏率相对较大：整体式浮环密封有轴向、径向两个泄漏通道，其中??轴向的主泄漏通道为非接触式密封，因而相对机械密封Ｗ与分瓣式浮环来说较??大，只适用于发动机、压缩机等气量较大的场合。对于气量较小的场合若使用??浮环密封可添加辅助系统，采用以油封气的方式或者设计多级浮环串联以减小??泄漏率；??（３）镶装结构破坏：航空发动机所处的气体环境十分复杂，操作温度高时??甚至能达到５００°Ｃ以上。由于石墨环的线膨胀系数小于镶装环，高温下的过盈??量会随着温度升高而逐渐消失最终导致脱镶，从而导致安全隐患。另外镶装完??成后的石墨环与金属环之间存在一定的接触应力，接触应力会随着过盈量的增??大而增大，若过盈量设置不合理可能会导致镶装完成后的石墨环碎裂。??４??
生压降。同样的一般情况下在流体离开节流通道时会发生类似于??管道突然扩大的流动，此时的压力会发生些许的上升，这种压力发生突变的现??象称为进出口效应。考虑到进出口效应，浮环密封的实际轴向压力分布［６２】如图??２－１所示。??Ｐｍ??ｐ＊?—￣ＩＬ．??／Ｖ?不巧等逢体??、？?罗压縮涎体??！?ＸＶ?！??Ｐｉ?ｊ?ｆ＇ｊ???ｐ；?ｊ?．Ｚ＾｜Ｊａｐ！．??Ｉ?Ｉ??Ｉ?Ｉ??￣￣ｉ?￣￣￣ｔ?ｒ??ｗ?ｖ?Ｐ；??－Ｉ?＿ｖ—［??图２－１浮环密封轴向压力分布??Ｆｉｇ．２－１?Ａｘｉａｌ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｆｌｏａｔｉｎｇ?ｒｉｎｇ?ｓｅａｌ??１１??
【参考文献】：
期刊论文
[1]浮环轴向长度对高速轻载涡轮增压器转子系统振动特性影响研究[J]. 宾光富,黄源,钟新利,杨峰. 机械工程学报. 2019(23)
[2]浮环轴承贫油润滑温度预测模型研究[J]. 彭立强,郑惠萍,师占群. 润滑与密封. 2019(03)
[3]气膜浮环密封特性参数的影响因素分析[J]. 马利军,李双喜,马也,张秋翔,蔡纪宁. 流体机械. 2018(10)
[4]高温镶装式浮环密封的径向间隙研究[J]. 马利军,李双喜,蔡纪宁,马文杰. 润滑与密封. 2018(06)
[5]非接触密封失稳振动分析与结构优化[J]. 刘蕴,董冠华,殷国富. 浙江大学学报(工学版). 2018(07)
[6]基于逾渗理论的机械密封界面静态泄漏预测方法[J]. 嵇正波,孙见君,陆建花,马晨波,於秋萍. 摩擦学学报. 2017(06)
[7]浮环密封结构弹性对间隙泄漏量和动力学系数的影响[J]. 夏鹏,刘占生. 推进技术. 2017(12)
[8]基于雷诺方程及流体数值分析方法的浮动环密封泄漏特性研究[J]. 张家远,王利恒,苏鑫. 机械. 2017(09)
[9]浮环轴承稳态热流体动力润滑分析[J]. 裴世源,徐华,石放辉. 机械工程学报. 2017(23)
[10]浮环密封运动机理及对轴系稳定性的影响[J]. 刘占生,夏鹏,张广辉,徐宁. 振动与冲击. 2016(09)
硕士论文
[1]高速干摩擦波纹管氦气机械密封性能研究[D]. 孙宪栋.北京化工大学 2018
[2]柱面气膜密封数值模拟与性能分析[D]. 苏泽辉.昆明理工大学 2016
[3]圆柱滑动轴承动静态特性分析及计算软件开发[D]. 夏鹏.哈尔滨工业大学 2013
[4]螺旋槽流体动压浮环密封特性分析[D]. 张贤晓.中国石油大学 2010
本文编号：3398103
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