低速運轉氣體潤滑機械密封端面非線性氣膜力研究

《低速運轉氣體潤滑機械密封端面非線性氣膜力研究》是依託昆明理工大學，由宋鵬雲擔任項目負責人的地區科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：低速運轉氣體潤滑機械密封端面非線性氣膜力研究
• 項目類別：地區科學基金項目
• 項目負責人：宋鵬雲
• 依託單位：昆明理工大學

項目摘要

針對端面加工T形槽氣體潤滑機械密封，考慮微尺度滑移流效應，建立考慮T形槽滑移流效應和表面粗糙度效應的修正雷諾氣體潤滑方程；採用PH線性化近似解析法和有限體積數值法分別求解穩態雷諾方程和瞬態雷諾方程，獲得穩態氣膜壓力分布和動態氣膜壓力分布；將氣膜壓力在密封環面上進行積分獲得非線性穩態氣膜力和動態氣膜力。研究氣體種類、溫度、壓力和轉速等操作參數和密封環結構及其幾何參數對穩態氣膜力和動態氣膜力的影響規律。進一步通過氣膜剛度係數和阻尼係數對動態氣膜力進行建模表達。試驗上採用電容位移感測器測量氣體膜厚；採用微型壓力感測器、敏感壓力膠片和微型壓力感測器陣列測量氣膜壓力分布；採用速度感測器和加速度感測器測量浮動環的運動規律。將理論研究結果和試驗測試結果進行比較分析，期望獲得T形槽氣體潤滑機械密封端面氣膜力的控制方程、求解方法和解的表達，為進一步完整把握氣體潤滑機械密封的動力學行為提供理論基礎。

結題摘要

氣體潤滑機械密封,簡稱乾氣密封，是一種利用端面間氣體薄膜潤滑的非接觸機械密封。它是在密封環的一個端面上加工有一定形狀深度為微米級的淺槽，密封環相對運轉時產生流體動壓效應，在密封端面間形成一層很薄的氣膜（厚度約為1～5μm）,從而使密封工作在非接觸狀態下。端面槽形有多種形式，以螺旋槽的研究最為深入。但是螺旋槽密封僅能適應單向旋轉。近年，能夠適應雙向旋轉對稱槽型（如T形槽）氣膜機械密封的研究和套用開始引起重視。氣體潤滑機械密封在離心式壓縮機等高速運轉設備上獲得了廣泛套用，近年來已逐步擴大到反應釜等低速運轉設備上。氣體潤滑機械密封在低速運轉時，會涉及許多基礎性問題，如：氣體的可壓縮效應，密封端面動壓槽的微尺度效應，氣體流動的稀薄滑移效應，端面微突體接觸可能，端面氣膜的穩態特性和動態特性等。本項目主要以端面開T形槽氣體潤滑機械密封為例，研究了低速運轉氣體潤滑機械密封端面非線性氣膜力，包括氣膜力的控制方程、求解方法、氣膜力的穩態特性和動態特性等。針對端面加工T形槽氣體潤滑機械密封，考慮微尺度滑移流效應，套用了考慮滑移流效應的修正雷諾氣體潤滑方程；採用有限差分法分別求解了穩態雷諾方程和瞬態雷諾方程，獲得穩態氣膜壓力分布和動態氣膜壓力分布；將氣膜壓力在密封環面上進行積分獲得非線性穩態氣膜力和動態氣膜力。對反映動態氣膜力特性的氣膜剛度係數和阻尼係數進行了詳細研究。研究了T槽幾何參數和操作參數對穩態氣膜力、動態氣膜力的影響。建立了乾氣密封雙振子振動模型，研究了動環、靜環和氣膜在外界激勵作用下的位移變化規律。研究了實際氣體效應對T槽、螺旋槽、直線槽穩態氣膜力的影響，研究的實際氣體包括二氧化碳氣體、氫氣和氮氣。實驗上研究了利用導電矽橡膠壓阻特性測量端面氣膜壓力的可能性。採用高精度位移感測器測量膜厚，利用微型壓力感測器測量密封端面不同徑向位置的氣膜壓力。獲得了恆壓密封啟停全過程的位移曲線。