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低速端面气膜密封动力学特性研究

张轩  
【摘要】:端面气膜密封是一种先进的非接触类型密封,因其优异的综合性能而广泛地应用于压缩机、蒸汽透平、风机、燃气轮机等高速转动设备上;随着其应用范围的扩展,近年来,端面气膜密封也开始应用在反应釜、泵等低速场合上然而,关于端面气膜密封的低速运转特性的研究还不够深入,特别是其动力学特性更是如此,而其动力学特性恰好是端面气膜密封稳定高效运行的关键。因此,为了获得低速运行状况下端面气膜密封的动力学特性,本文以T槽端面气膜密封为例对其进行了研究。首先,采用控制体积法,获得了求解考虑滑移流影响的气膜压力控制方程——雷诺方程的迭代格式,并编制有限差分数值计算程序对端面气膜密封的稳态特性进行计算;其次,采用简化了的轴向气膜刚度和气膜阻尼的计算思想,应用有限差分法编制数值计算程序求解了扰动前后的端面气膜压力,并对端面气膜密封动力学特性进行计算;最后,分析讨论了关键几何参数和操作参数对端面气膜密封的稳态特性和动力学特性的影响规律。 对计算结果分析可知:滑移流效应在转速较低、膜厚较小的情况下,对密封性能影响明显,滑移流效应的总体效果是动压效果减弱、泄漏量增大、气膜刚度减少,但阻尼增加;槽深比、槽长比、小槽周向长度占大槽周向长度的比例以及半径方向槽区宽度占密封面宽度的比例对密封性能有较大的影响,当它们的值分别是2.5、0.62、0.62和0.75时,端面气膜密封将获得最大的开启力,承载能力最强,然而泄漏率也最大;槽深比取1.0时,密封动力学特性较好,且泄漏率较低;槽长比、小槽周向长度占大槽周向长度的比例逐渐增大时,密封动力学特性逐渐变差;当半径方向槽区宽度占密封面宽度的比例增大时,密封动力学特性由好转差,然后再由差转好,当该比例接近0.6时,端面气膜密封的动力学特性系数达到最小值。对于操作参数,密封动力学特性基本上随着工作压差、转速和介质动力粘度的增大而变好。 综上所述,端面气膜密封低速运行时,滑移流对密封性能影响明显;槽深比、槽长比、小槽周向长度占大槽周向长度的比例以及半径方向槽区宽度占密封面宽度的比例对密封性能有较大的影响,加工时应严格控制精度;对于操作参数,在适当的情况下应尽可能地提高工作压差和转速从而保证低速端面气膜密封优良的性能。


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