| 题名 | 柱面气膜动压密封微间隙流场模拟与试验 |
| 作者 | 张大鹏 |
| 答辩日期 | 2019 |
| 导师 | 丁雪兴 |
| 关键词 | 柱面气膜动压密封 槽型参数 微间隙三维模型 试验测试 密封性能参数 刚性支承结构 柔性支承结构 3D表面轮廓 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 英文摘要 | 旋转机械服役时会面临复杂工况与交变载荷,从而导致其轴端采用的传统密封无法满足工况要求,因此研发一种低泄漏、高稳定与长寿命的密封变得尤为重要。本文基于浮动环的浮动特性以及微间隙动压特性,提出了具有浮动与微间隙特性的柱面气膜动压密封装置结构,并设计了矩形槽、流线型斜槽、优化矩形槽、优化流线型斜槽,以流体仿真、样机测试为切入点,从理论模拟和试验研究两个方面对其微间隙动压密封进行深入研究,从而解决了传统密封泄漏量大、稳定性差、服役时间短等问题。本文针对柱面气膜动压密封的微间隙楔形分布空间结构特性,并考虑微槽、微间隙结构以及偏心结构对划分网格的影响,采用独有的block映射技术分别对四种槽型流体域进行结构化网格划分,随后利用Fluent软件对微间隙流体域进行模拟仿真分析研究,分别获得了四种槽型流体域的压力分布和速度分布,分析了工况参数、槽型参数对柱面气膜动压密封性能参数的影响,结果表明:柱面气膜动压密封在低压、高速工况条件下服役更加稳定;随着转速的增加,泄漏量逐渐降低最终趋于平衡,而压力的逐渐增加,泄漏量会迅速的增大;随着转速、压力的逐渐增大,浮升力均会逐渐的增大;流线型斜槽、优化流线型斜槽浮升力均大于矩形槽、优化矩形槽浮升力;优化流线型斜槽泄漏量较小,而矩形槽泄漏量较大。本文搭建了柱面气膜动压密封测试参数试验平台,传动系统采用高速电主轴对密封系统进行驱动,可在0~37000r/min范围内自由调节,从而减少中间传递,提高稳定性,确保试验数据的精确;气路系统主要目的是提供稳定、清洁、无杂质且带有一定压力的惰性气体传输给柱面气膜动压密封装置;测试系统主要测试柱面气膜动压密封装置的转速、密封介质压力、泄漏量;密封系统采用双端面“背靠背”式安装布置,包括样机设计加工、激光刻槽以及槽区、非槽区的3D表征分析,通过3D表面轮廓形貌仪对柱面槽区和非槽区进行3D白光干涉观察与分析,结果表明:槽底表面粗糙度基本满足试验要求。本文设计两种柱面气膜动压密封装置结构(即:刚性支承结构、柔性支承结构),以及不同槽型、浮动环材料对密封性能的影响。经过对不同支承结构、槽型、浮动环材料的试验测试对比研究,结果表明:优化槽型的密封性能均优于初始槽型的密封性能,并且柔性支承结构具有更好的服役效果;相比高强度铝合金(7075)材料,石墨材料具有更好的密封服役性能,并且具有更好的自润滑性,从而提升柱面摩擦副的摩擦性能,减小摩擦系数,降低磨损和摩擦温升;随后利用白光干涉3D表面轮廓形貌仪对服役后的四种槽型区域进行观察与分析,结果表明:四种槽型的非槽区域磨损的更加严重,优化流线型斜槽外表面擦痕最少,且两种初始槽型外表面擦痕较多,从而判断优化流线型斜槽具有更好的密封服役性能。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 73 |
| URL标识 | 查看原文 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/95240]  |
| 专题 | 兰州理工大学 |
| 作者单位 | 兰州理工大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张大鹏. 柱面气膜动压密封微间隙流场模拟与试验[D]. 2019. |
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