隨著現(xiàn)代化工業(yè)的高速發(fā)展,旋轉(zhuǎn)類機(jī)械設(shè)備廣泛應(yīng)用于化工和交通等眾多生活領(lǐng)域,極大的提高了人們的日常生活質(zhì)量。由于當(dāng)下科學(xué)的發(fā)展趨勢提倡人們對環(huán)境進(jìn)行保護(hù),實(shí)際工程應(yīng)用中密封設(shè)備因工況參數(shù)愈發(fā)極端,作為旋轉(zhuǎn)類機(jī)械的常用軸端密封已不能滿足目前倡導(dǎo)趨勢旋轉(zhuǎn)類機(jī)械“零泄漏”的需求。但柱面螺旋槽氣膜密封可適應(yīng)低壓、高速和高溫等極端工況,且在工作過程中穩(wěn)定性好、泄漏量少、服役壽命長等優(yōu)良表現(xiàn),成為旋轉(zhuǎn)類機(jī)械軸端密封研究的新焦點(diǎn),故柱面螺旋槽氣膜密封系統(tǒng)的密封性能研究對提高軸端密封運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性以及降低泄漏量具有重要意義。針對本課題所選的柱面螺旋槽氣膜密封結(jié)構(gòu),在一系列的假設(shè)前提下,引進(jìn)并推導(dǎo)了柱面螺旋槽氣膜密封壓力控制雷諾方程和氣膜厚度控制方程,使用了Newton-Raphson迭代法和有限差分法,聯(lián)合壓力邊界條件,耦合求解雷諾方程和氣膜厚度方程。通過軟件編程求解,發(fā)現(xiàn)柱面螺旋槽氣膜密封的軸套上雕刻了一定數(shù)目的螺旋槽,可以提高密封裝置的氣膜浮升力和運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。計算結(jié)果表明:入口壓力的增大、轉(zhuǎn)速的提高以及槽數(shù)的增多對氣膜浮升力的提高有益,但氣膜厚度的變大和槽深的增大導(dǎo)致浮升力減小;泄漏量隨轉(zhuǎn)速的提高和槽... 

【文章來源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

柱面螺旋槽氣膜密封裝置主要部件展開結(jié)構(gòu)示意圖

工程碩士學(xué)位論文·3以清晰的看到柱面氣膜密封裝置主要由軸套、軸承、浮動環(huán)、定位銷、密封支座、端蓋等零部件構(gòu)成。圖1.2為氣膜密封裝置放大的螺旋槽示意圖，在軸套的表面上通過打標(biāo)機(jī)開設(shè)螺旋槽，電機(jī)轉(zhuǎn)軸與開設(shè)微槽的軸套采用過盈配合同步進(jìn)動。其中，柱面螺旋槽氣膜密封在軸套外表面開設(shè)螺旋微槽后，密封系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時可增加了氣膜的穩(wěn)定性，降低旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時發(fā)生的大幅度位移引起的軸套與浮環(huán)之間接觸碰撞和接觸干摩擦的概率。浮環(huán)通過壓緊彈簧將浮環(huán)與端蓋緊挨，在彈簧彈力的作用下，石墨浮環(huán)緊挨著端蓋，防止了高壓側(cè)氣體的徑向泄漏。定位銷保持了浮環(huán)與端蓋穩(wěn)定的裝配關(guān)系，浮環(huán)在相對穩(wěn)定的位置內(nèi)進(jìn)行浮動，降低了軸套與浮環(huán)擦碰的幾率，增加了氣膜密封裝置的可靠性。圖1.2密封裝置的螺旋槽示意圖1.2.2柱面螺旋槽氣膜密封裝置的工作原理可壓縮氣體薄膜密封形式是在某特定的工況參數(shù)下，密封裝置內(nèi)相互作用的兩部件表面之間形成收斂的楔形微間隙，間隙內(nèi)存在一層具有相當(dāng)黏度的可壓縮氣體薄膜（微米級），當(dāng)兩相互作用表面之間做高速相對運(yùn)動時，可壓縮氣體薄膜會在楔形微間隙內(nèi)產(chǎn)生一定的載荷壓力使兩個界面之間達(dá)到動態(tài)平衡，從而將兩相互作用表面之間完全相互隔開，不但使密封系統(tǒng)達(dá)到了高效密封，也起到了降低密封系統(tǒng)內(nèi)部零件相互之間的表面磨損作用使整體密封裝置服役壽命變長。而且可壓縮氣體薄膜還具有旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備起動階段摩擦阻力孝能量消耗較少、自適應(yīng)性能好、運(yùn)動精度高等優(yōu)點(diǎn)，有效的降低密封設(shè)備內(nèi)部零件之間的相互磨損、提升工作效率以及提高密封系統(tǒng)的密封性能。在可壓縮氣體薄膜密封中，依據(jù)氣體薄膜產(chǎn)生的機(jī)理不同，大致可以分為以下三類：氣體動壓密封、氣體靜壓密封和氣體擠壓密封，三類氣膜密封原理示意圖如圖

柱面螺旋槽氣膜密封性能分析與試驗(yàn)研究4（a）氣體動壓密封（b）氣體靜壓密封（c）氣體擠壓密封圖1.3三類氣膜密封原理示意圖柱面螺旋槽氣膜密封的工作原理類似于徑向氣浮軸承，屬于第一類氣膜動壓密封。徑向氣浮軸承氣膜形成簡圖如圖1.4所示。O1為石墨浮環(huán)中心，O2為電機(jī)轉(zhuǎn)軸軸心，R為石墨浮環(huán)內(nèi)半徑，r為轉(zhuǎn)軸半徑，φ為浮動環(huán)偏位角，ω為電機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速，θ為周向坐標(biāo)，L為氣膜有效密封寬度。在柱面螺旋槽氣膜密封裝置的零部件裝配過程中，為使軸套和浮環(huán)之間存在楔形微間隙，以便氣體薄膜在收斂的間隙內(nèi)更好的產(chǎn)生動壓效應(yīng)，將它們進(jìn)行偏心結(jié)構(gòu)安裝。在密封裝置實(shí)際運(yùn)行的過程中，電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸帶動開設(shè)微槽的軸套高速旋轉(zhuǎn)時，軸套開設(shè)的螺旋槽和密封裝置的偏心結(jié)構(gòu)共同作用，介質(zhì)氣體由于高壓差的存在和粘性剪切力的共同作用下泵入螺旋槽內(nèi)產(chǎn)生動壓效應(yīng)，從氣體入口處到螺旋槽槽根部氣膜壓力一直增加，最薄處氣膜剛度迅速提高，從而起到良好的密封效果，實(shí)現(xiàn)軸向密封。密封支座和浮環(huán)之間為次泄漏通道，屬于徑向方向的泄漏。壓緊彈簧的彈力，介質(zhì)背壓協(xié)同作用，令浮環(huán)與密封支座緊密貼合，保證周向密封。同時由于節(jié)流效應(yīng)，在槽根處壓力達(dá)到最大值，氣膜承載力使浮環(huán)穩(wěn)定浮起，讓浮環(huán)的內(nèi)曲面和軸套的外曲面處于非接觸狀態(tài)。

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3033952