本文關(guān)鍵詞：高速氣液兩相動壓式密封性能研究

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【摘要】：針對高速旋轉(zhuǎn)的潤滑場合,氣液兩相潤滑技術(shù)由于其高效性、精確性及經(jīng)濟(jì)性,成為很有前途的潤滑方式。但是現(xiàn)采用的密封在氣液兩相潤滑工況下存在泄漏量大、適用性弱及可靠性差等問題,制約著兩相潤滑的發(fā)展。本文提出利用流體動壓效應(yīng)的氣液兩相動壓密封,以滿足高轉(zhuǎn)速、低泄漏、運(yùn)行可靠的要求。本文針對不同液氣比工況,從密封端面氣液兩相流場分布、結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化、變壓差運(yùn)行及啟動性能等方面研究了氣液兩相動壓密封的穩(wěn)態(tài)性能。針對低液氣比動壓密封的研究,假設(shè)微小液滴在氣體中均勻分布,通過建立單個(gè)物理模型得到動壓密封端面間氣液兩相流體的等效黏度和等效密度,推導(dǎo)出氣液兩相流體壓力控制方程,并利用有限元方法,借助MATLAB編寫程序求解控制方程得到密封端面間氣液兩相流體的壓力分布,進(jìn)而求得在實(shí)際工作運(yùn)行下的性能參數(shù)。利用FLUENT軟件的DPM模型分析動壓密封端面流動情況,驗(yàn)證了推導(dǎo)的氣液兩相流體壓力控制方程和MATLAB編程求解結(jié)果的正確性。利用MATLAB編寫有限元程序求解控制方程的方法分析了動壓密封性能隨操作參數(shù)的變化規(guī)律,采用正交試驗(yàn)方法綜合分析螺旋槽結(jié)構(gòu)參數(shù)對密封性能的影響規(guī)律,得到結(jié)構(gòu)參數(shù)的最優(yōu)組合。分析了在-0.02MPa～0.05MPa的變壓差運(yùn)行工況下的工作狀態(tài)及動壓密封的啟動過程。分析結(jié)果表明：在變壓差范圍內(nèi),能夠維持開啟力和閉合力動態(tài)平衡,并且工作膜厚都在合適的范圍內(nèi)。利用FLUENT軟件的MIXTURE求解方法,建立了密封端面間隙流動區(qū)域模型,得到了端面間隙流場分布情況,對比研究了外徑側(cè)開槽和內(nèi)徑側(cè)開槽兩種結(jié)構(gòu),研究得到考慮較高的流體膜剛度及開啟力,建議外徑側(cè)開槽結(jié)構(gòu),考慮較低的泄漏量和摩擦扭矩,建議內(nèi)徑側(cè)開槽結(jié)構(gòu),并研究了操作參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)對密封性能的影響規(guī)律。分析了在-0.02MPa～0.05MPa的變壓差運(yùn)行工況下的運(yùn)行狀態(tài)和啟動過程。分析結(jié)果表明：在變壓差范圍內(nèi),能夠維持開啟力和閉合力動態(tài)平衡,并且工作膜厚都在合適的范圍內(nèi),啟動過程分析表明外徑側(cè)開槽結(jié)構(gòu)更容易開啟。自主研制氣液兩相動壓密封試驗(yàn)裝置,搭建動壓密封試驗(yàn)系統(tǒng),并進(jìn)行了靜壓試驗(yàn)和運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：自主研制的氣液兩相動壓密封設(shè)計(jì)和安裝是合理的,將試驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行對比分析,驗(yàn)證了數(shù)值分析的正確性。本文通過對高速氣液兩相動壓密封的性能分析和試驗(yàn)研究,表明了在氣液兩相潤滑工況下采用動壓密封的可行性。高速氣液兩相動壓密封的研究為氣液兩相潤滑的應(yīng)用與發(fā)展奠定了基礎(chǔ),為動壓密封的工程運(yùn)用擴(kuò)寬了領(lǐng)域,豐富了微間隙氣液兩相流的理論研究。
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB42

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