静压气体润滑机械密封特性研究

发布时间：2020-04-24 04:09

【摘要】： 气体润滑机械密封,又称气体端面机械密封或干气密封,可用来密封旋转机械中的气体或液体介质。随着经济和社会的不断发展,对气体润滑机械密封的性能也提出了越来越高的要求,如何解决许多低速设备密封的可靠性和稳定性问题逐渐成为国内外研究的热点。静压气体润滑机械密封技术在低速运行设备上具有很好的密封性能,引起了许多研究者的关注。静压气体润滑机械密封是主要利用气体静压作用实现端面非接触的一种新型密封技术。本论文针对这种密封技术,采用有限差分数值计算方法求解气体控制方程,深入研究各种结构参数和操作参数对密封端面间的压力分布、端面开启力、气膜刚度和泄漏率等性能的影响规律,并分析了动环受到微小轴向扰动后气膜的变化规律和静环的振动规律。所进行的主要研究内容和结论如下: 1.根据已有的静压气体润滑机械密封的气体流动控制方程,用VB语言编制了求解该气体流动控制方程的计算程序,并在编制的VB程序中调用Matlab程序来绘制端面间的气膜厚度和气膜压力分布图。 2.利用编制的程序分析了各种结构参数(开槽深度、节流孔直径、开槽尺寸)和操作参数(介质压力、气源压力、动环转速)对密封性能(包括端面开启力、气膜刚度、气体泄漏率等)的影响。得到具体结果:(1)开槽深度在所研究的3～15微米范围内,对密封性能的影响不明显。(2)节流孔直径为0.15mm的时候刚度和开启力都比较大,泄漏率也比较小。当节流孔直径继续增加时,虽然端面开启力有所增加,但是气膜刚度迅速下降。(3)开槽的长度比取0.6到0.8之间和开槽宽度比取0.6左右有较好的密封性能。(4)随着介质压力的提高,开启力有一定的提高,气源总泄漏率有一定的下降,气膜刚度也下降。(5)气源压力对密封的影响相当大,通过调节气源压力可以得到很好密封性能。当提高气源压力时,刚度和开启力都有很大的提高,但气源泄漏率也有很大的增加。(6)转速对密封性能的影响比较小,分析密封性能时可以不考虑转速的影响。 3.本论文分析了粗糙度、波度和径向锥度等不同端面形貌对密封性能的影响,并且用VB编制相应的计算程序。通过对计算结果分析后可以得到:(1)只考虑径向粗糙度时,随着粗糙度的增加,相应的端面开启力和气膜刚度等密封稳定性能指标都有一定的下降,而只考虑周向粗糙度时候结果恰恰相反。(2)仅考虑径向锥度时,正锥和负锥都能够提高密封的稳定性,但是正锥对应的向介质端的泄漏率很大,而负锥对应的向介质端的泄漏率比较小,所以应当避免正锥的出现,也要避免负锥的锥度超过0.03度,否则将会出现端面的碰撞和较大的磨损。(3)考虑周向波度后,需要对薄膜厚度函数进行修正,当周向波度的起点位于槽与槽的中点,周向波度的余弦起始角为180°时,端面开启力和气膜刚度都较高,但是此时的泄漏率也比较大。 4.分析了动环受到微小轴向扰动后静环的振动规律和气膜的变化规律。结果表明:(1)轴向扰动振幅达到了300微米,气膜厚度变化量最大值不超过0.3微米。可以得到稳定的气膜厚度实现密封稳定的非接触运行。(2)当弹簧刚度提高时,气膜振幅有所增加,但是增加幅度很小。(3)气膜刚度增加,气膜振幅有较大的下降。(4)静环质量、密封面面积对气膜振幅的影响很小。
【图文】：

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稳定的气膜提供较高的开启力，促使端面实现非接触。根据润滑气体提供的方式，主要分为自加压式静压气体润滑机械密封和外加压式静压气体润滑机械密封。对于自加压式静压气体润滑机械密封，典型结构如图2.1所示134]，在密封环的背部有提供有气体通道，产生静压的气体是设备输送的介质本身，不需要提供另外的气源，但密封的性能容易受到介质压力波动的影响。对于外加压式静压气体润滑机械密封，静压气体由外部气源提供，典型结构如图2.2所示135}。该类密封额外增加了气源设备，结构复杂，但是这种结构的密封性能比较稳定，可靠性高。2.2密封端面间气膜特性分析模型2.2.1几何模型根据在上一节中介绍的自加压式静压气体润滑机械密封与外加压式静压气体润滑机械密封的特点，可以知道外加式静压气体润滑机械密封具有更好的密封可靠性，在实际的很多领域将会有很大的发展空间，因此本文将对外加压式静压气体润滑机械密封进行分析研究。外加压式静压气体润滑机械密封具有两个相对旋转的非接触密封环

静压,气体,气体润滑,机械密封

部有提供有气体通道，产生静压的气体是设备输送的介质本身，不需要提供另外的气源，但密封的性能容易受到介质压力波动的影响。对于外加压式静压气体润滑机械密封，，静压气体由外部气源提供，典型结构如图2.2所示135}。该类密封额外增加了气源设备，结构复杂，但是这种结构的密封性能比较稳定，可靠性高。2.2密封端面间气膜特性分析模型2.2.1几何模型根据在上一节中介绍的自加压式静压气体润滑机械密封与外加压式静压气体润滑机械密封的特点，可以知道外加式静压气体润滑机械密封具有更好的密封可靠性，在实际的很多领域将会有很大的发展空间，因此本文将对外加压式静压气体润滑机械密封进行分析研究。外加压式静压气体润滑机械密封具有两个相对旋转的非接触密封环，动环是普通
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH136

【参考文献】