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T槽气膜密封低速运转动态气膜力特性研究

马方波  
【摘要】:端面气体润滑机械密封,简称干气密封,是一种先进的非接触型机械密封。它具有无磨损运转、低泄漏率、寿命长、效率高等特点,广泛用于石油化工行业高速、高压流体机械的轴封。近些年来,干气密封在泵、反应釜等低速设备中得到了应用。但在转速较低的情况下,必须考虑密封端面间气膜滑移流效应的影响。T槽干气密封以其槽型几何结构对称,可以双向旋转,因而得到了越来越多的重视。但目前对T槽干气密封在低速下运转的稳、动态特性研究较少。 本文以T槽干气密封为研究对象。用小扰动法分析了密封端面间气膜控制方程——雷诺方程,并考虑了滑移流效应的影响。得到了三个方程:一个稳态雷诺方程和两个动态雷诺方程。对三个方程进行了无量纲化处理,并用有限差分法对方程进行了离散,得到了密封端面间气膜稳态压力迭代表达式和动态小扰动压力迭代表达式。用超松弛迭代法对方程进行了数值求解,得到了密封端面间无量纲开启力和无量纲泄漏率等稳态特性参数,以及轴向气膜刚度系数和轴向气膜阻尼系数等动态特性参数。 选取一个T槽干气密封算例,分析了滑移流效应、T槽主要几何参数、密封操作参数等对气膜密封稳态特性的影响。研究表明:滑移流效应使密封端面间开启力减小、泄漏率增大。槽数、槽深、大槽周向开槽比例、小槽周向开槽比例、大槽径向开槽比例、小槽径向开槽比例等T槽主要参数对开启力和泄漏率对干气密封稳态特性有较大的影响。当槽深、大槽周向开槽比例、小槽周向开槽比例分别取值为3μm、0.6、0.6时,开启力取最大值,此时泄漏率也较大。开启力和泄漏率随着压缩数及工作压差的增大而增大。用多元线性回归的方法,获得了考虑滑移流和不考虑滑移流的开启力和泄漏率在T槽主要几何参数和密封操作参数影响下的经验公式。 分析了滑移流、T槽主要几何参数以及密封操作参数对气膜密封动态特性的影响。结果表明:滑移流使轴向气膜刚度系数和轴向气膜阻尼系数都减小。槽深、大槽周向开槽比例、小槽周向开槽比例、大槽径向开槽比例、小槽径向开槽比例等T槽主要参数对轴向气膜刚度系数和轴向气膜阻尼系数等干气密封动态特性有较大的影响。


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