静压气体润滑机械密封动力学特性研究

发布时间：2017-05-03 13:14

  本文关键词：静压气体润滑机械密封动力学特性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：传统的气膜机械密封主要运用于离心式压缩机等高速回转机械,在高速运转时密封具有很强的动压效应,可以得到较大的开启力和气膜刚度,实现机械密封的稳定运转,但是在低速情况下,密封的动压效应会很弱,很难达到很好的密封效果。静压气体润滑机械密封在低速情况下能实现低摩擦损失、低热量、高开启力和高刚度,因此静压气体润滑机械密封是一种适合低速工况应用的机械密封新技术。本文对静压气体润滑机械密封的稳态、动态及动力学特性开展相关研究,探明静压气体机械密封的动力学性能可以为这类干气密封的设计与应用提供有益参考。 关于稳态特性方面,基于N-S方程,采用解析法对静压气体润滑机械密封的稳态特性参数作了一系列推导,得出了一个刚度解析计算公式,并与参考文献进行验证,采用有限差分法对稳态雷诺方程进行了离散,与解析法计算结果作了对比,分析了节流孔直径、介质压力和气源压力对静压气体润滑机械密封端面气膜刚度与泄漏率的影响。结果表明：对于小工作膜厚情况,选用较小的节流孔直径能获得较大气膜刚度和较小的端面泄漏率,大工作膜厚情况则相反。提高气源压力和减小介质压力可以有效的提高气膜刚度,但向介质侧的泄漏率也会增大。 关于动态特性方面,采用小扰动法详细推导了静压气体润滑机械密封三自由度微扰下的动态雷诺方程,给出了相关的差分迭代格式,结合算例对差分格式进行验证,分析了压缩数、频率数、节流孔直径、气腔深度和气源压力对静压气体润滑机械密封动态特性参数的影响。结果表明：压缩数、频率数、节流孔直径、气腔深度和气源压力对静压气体润滑机械密封的轴向刚度与阻尼影响显著。角向交叉刚度与阻尼对应呈相反数关系。 关于动力学特性方面。建立考虑静压气体润滑机械密封静环受三自由度微扰和动环轴向窜动的动力学模型,采用复模态理论求解,给出了动环轴向、静环轴向及角向、端面气膜厚度的位移响应表达式。分析了频率数、节流孔直径、气源压力及密封环质量对静压气体润滑机械密封动力学特性的影响。结果表明：增大频率数、节流孔直径、气源压力均能减小密封环轴向位移响应、静环角向位移响应及端面气膜厚度响应的振幅,其中频率数对双质量系统的振动频率影响显著。
【关键词】：静压气体润滑机械密封 小扰动法 动态特性 动力学 复模态理论
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ050.1;TH136
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 静压气体润滑机械密封简介10-11
• 1.2 气体润滑机械密封动力学特性研究进展11-13
• 1.3 静压气体润滑机械密封研究进展13-16
• 1.4 本文的研究意义、研究内容及研究方法16-18
• 1.4.1 研究意义16-17
• 1.4.2 研究内容17
• 1.4.3 研究方法17-18
• 第二章 静压气体润滑机械密封稳态特性18-31
• 2.1 静压气体润滑机械密封研究模型与基本假设18-21
• 2.1.1 静压气体润滑机械密封几何模型18-19
• 2.1.2 静压气体润滑机械密封计算模型19-20
• 2.1.3 计算基本假设20
• 2.1.4 边界条件20-21
• 2.2 静压气体润滑机械密封端面密封性能参数解析计算21-25
• 2.2.1 端面压力计算21-23
• 2.2.2 端面气膜刚度计算23-24
• 2.2.3 解析刚度公式验证24-25
• 2.3 端面泄漏量计算25
• 2.4 静压气体润滑机械密封端面密封性能参数数值计算25-26
• 2.4.1 稳态雷诺方程差分离散25-26
• 2.4.2 数值计算结果与解析计算结果对比26
• 2.5 端面几何参数与密封操作参数对稳态密封性能的影响26-30
• 2.5.1 算例参数27
• 2.5.2 节流孔直径对静压气体润滑机械密封稳态特性的影响27-28
• 2.5.3 介质压力对静压气体润滑机械密封稳态特性的影响28-29
• 2.5.4 气源压力对静压气体润滑机械密封稳态特性的影响29-30
• 2.6 小结30-31
• 第三章 静压气体润滑机械密封动态特性31-48
• 3.1 静压气体润滑机械密封端面气体控制方程31
• 3.2 静压气体润滑机械密封动态雷诺方程的推导31-35
• 3.2.1 密封端面微扰膜厚、压力场31-32
• 3.2.2 小扰动法推导动态雷诺方程32-35
• 3.3 端面气膜动态特性系数定义35-36
• 3.4 静压气体润滑机械密封动态方程的离散36-38
• 3.5 边界条件38
• 3.6 算法验证38-39
• 3.7 静压气体润滑机械密封密封动态特性分析39-47
• 3.7.1 压缩数对静压气体润滑机械密封动态性能的影响39-41
• 3.7.2 频率数对静压气体润滑机械密封动态性能的影响41-42
• 3.7.3 几何参数对密封动态性能的影响42-45
• 3.7.4 气源压力对密封动态性能的影响45-47
• 3.8 小结47-48
• 第四章 静压气体润滑机械密封动力学模型建立及求解48-62
• 4.1 静压气体润滑机械密封动力学分析模型48-49
• 4.2 静压气体润滑机械密封质量动力学方程的建立49-50
• 4.3 双质量系统动力学方程求解50-58
• 4.3.1 模态理论简介50-51
• 4.3.2 模态理论求解运动方程51-58
• 4.4 算例验证58-61
• 4.4.1 算例参数58
• 4.4.2 算例158-59
• 4.4.3 算例259-60
• 4.4.4 算例360-61
• 4.5 小结61-62
• 第五章 静压气体润滑机械密封双质量系统动力学特性分析62-76
• 5.1 计算参数62
• 5.2 频率数对双质量系统动力学特性的影响62-65
• 5.3 节流孔直径对双质量系统动力学特性的影响65-68
• 5.4 气源压力对双质量系统动力学特性的影响68-71
• 5.5 质量增益对双质量系统动力学特性的影响71-74
• 5.6 小结74-76
• 第六章 结论与展望76-79
• 6.1 结论76-77
• 6.2 展望77-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-84
• 附录：攻读硕士学位期间已发表的论文84

【参考文献】

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本文编号：343102