發(fā)布時(shí)間：2020-04-11 09:33

【摘要】：旋轉(zhuǎn)機(jī)械服役時(shí)會(huì)面臨復(fù)雜工況與交變載荷,從而導(dǎo)致其軸端采用的傳統(tǒng)密封無(wú)法滿足工況要求,因此研發(fā)一種低泄漏、高穩(wěn)定與長(zhǎng)壽命的密封變得尤為重要。本文基于浮動(dòng)環(huán)的浮動(dòng)特性以及微間隙動(dòng)壓特性,提出了具有浮動(dòng)與微間隙特性的柱面氣膜動(dòng)壓密封裝置結(jié)構(gòu),并設(shè)計(jì)了矩形槽、流線型斜槽、優(yōu)化矩形槽、優(yōu)化流線型斜槽,以流體仿真、樣機(jī)測(cè)試為切入點(diǎn),從理論模擬和試驗(yàn)研究?jī)蓚�(gè)方面對(duì)其微間隙動(dòng)壓密封進(jìn)行深入研究,從而解決了傳統(tǒng)密封泄漏量大、穩(wěn)定性差、服役時(shí)間短等問(wèn)題。本文針對(duì)柱面氣膜動(dòng)壓密封的微間隙楔形分布空間結(jié)構(gòu)特性,并考慮微槽、微間隙結(jié)構(gòu)以及偏心結(jié)構(gòu)對(duì)劃分網(wǎng)格的影響,采用獨(dú)有的block映射技術(shù)分別對(duì)四種槽型流體域進(jìn)行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分,隨后利用Fluent軟件對(duì)微間隙流體域進(jìn)行模擬仿真分析研究,分別獲得了四種槽型流體域的壓力分布和速度分布,分析了工況參數(shù)、槽型參數(shù)對(duì)柱面氣膜動(dòng)壓密封性能參數(shù)的影響,結(jié)果表明:柱面氣膜動(dòng)壓密封在低壓、高速工況條件下服役更加穩(wěn)定;隨著轉(zhuǎn)速的增加,泄漏量逐漸降低最終趨于平衡,而壓力的逐漸增加,泄漏量會(huì)迅速的增大;隨著轉(zhuǎn)速、壓力的逐漸增大,浮升力均會(huì)逐漸的增大;流線型斜槽、優(yōu)化流線型斜槽浮升力均大于矩形槽、優(yōu)化矩形槽浮升力;優(yōu)化流線型斜槽泄漏量較小,而矩形槽泄漏量較大。本文搭建了柱面氣膜動(dòng)壓密封測(cè)試參數(shù)試驗(yàn)平臺(tái),傳動(dòng)系統(tǒng)采用高速電主軸對(duì)密封系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng),可在0~37000r/min范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié),從而減少中間傳遞,提高穩(wěn)定性,確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的精確;氣路系統(tǒng)主要目的是提供穩(wěn)定、清潔、無(wú)雜質(zhì)且?guī)в幸欢▔毫Φ亩栊詺怏w傳輸給柱面氣膜動(dòng)壓密封裝置;測(cè)試系統(tǒng)主要測(cè)試柱面氣膜動(dòng)壓密封裝置的轉(zhuǎn)速、密封介質(zhì)壓力、泄漏量;密封系統(tǒng)采用雙端面“背靠背”式安裝布置,包括樣機(jī)設(shè)計(jì)加工、激光刻槽以及槽區(qū)、非槽區(qū)的3D表征分析,通過(guò)3D表面輪廓形貌儀對(duì)柱面槽區(qū)和非槽區(qū)進(jìn)行3D白光干涉觀察與分析,結(jié)果表明:槽底表面粗糙度基本滿足試驗(yàn)要求。本文設(shè)計(jì)兩種柱面氣膜動(dòng)壓密封裝置結(jié)構(gòu)(即:剛性支承結(jié)構(gòu)、柔性支承結(jié)構(gòu)),以及不同槽型、浮動(dòng)環(huán)材料對(duì)密封性能的影響。經(jīng)過(guò)對(duì)不同支承結(jié)構(gòu)、槽型、浮動(dòng)環(huán)材料的試驗(yàn)測(cè)試對(duì)比研究,結(jié)果表明:優(yōu)化槽型的密封性能均優(yōu)于初始槽型的密封性能,并且柔性支承結(jié)構(gòu)具有更好的服役效果;相比高強(qiáng)度鋁合金(7075)材料,石墨材料具有更好的密封服役性能,并且具有更好的自潤(rùn)滑性,從而提升柱面摩擦副的摩擦性能,減小摩擦系數(shù),降低磨損和摩擦溫升;隨后利用白光干涉3D表面輪廓形貌儀對(duì)服役后的四種槽型區(qū)域進(jìn)行觀察與分析,結(jié)果表明:四種槽型的非槽區(qū)域磨損的更加嚴(yán)重,優(yōu)化流線型斜槽外表面擦痕最少,且兩種初始槽型外表面擦痕較多,從而判斷優(yōu)化流線型斜槽具有更好的密封服役性能。
【圖文】：

(c)柱面分解圖1.轉(zhuǎn)動(dòng)軸；2.鎖緊螺母；3.軸套Ⅰ；4.軸套Ⅱ；5.鎖緊壓環(huán)；.浮動(dòng)環(huán)；7.壓緊彈簧；8.壓緊端蓋；9.O 型圈；10.密封腔體；11.密封端圖 1.1 柱面氣膜動(dòng)壓密封剛性支承三維結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖2）柱面氣膜動(dòng)壓密封柔性支承結(jié)構(gòu)裝置于柔性支承結(jié)構(gòu)裝置，本文是在剛性支承結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)化一：在軸套Ⅱ上開(kāi)設(shè)防轉(zhuǎn)孔，并且在鎖緊壓環(huán)上安裝防轉(zhuǎn)銷，從周向旋轉(zhuǎn)。優(yōu)化二：在壓緊端蓋上開(kāi)設(shè)溝槽，并且安裝 O 型圈，從壓緊端蓋柔性支承擠壓接觸，這樣設(shè)計(jì)的目的是：當(dāng)柱面氣膜動(dòng)壓時(shí)，增強(qiáng)了浮動(dòng)環(huán)的自動(dòng)對(duì)心性；減小了浮動(dòng)環(huán)與壓緊端蓋之間的摩以很好的平衡掉加工誤差和安裝誤差；從而可以避免軸套Ⅱ與浮動(dòng)擦磨損。如圖 1.2 所示，柱面氣膜動(dòng)壓密封柔性支承結(jié)構(gòu)三維結(jié)構(gòu)

柱面氣膜動(dòng)壓密封柔性支承結(jié)構(gòu)裝置柔性支承結(jié)構(gòu)裝置，本文是在剛性支承結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)一：在軸套Ⅱ上開(kāi)設(shè)防轉(zhuǎn)孔，并且在鎖緊壓環(huán)上安裝防轉(zhuǎn)銷，，從而向旋轉(zhuǎn)。優(yōu)化二：在壓緊端蓋上開(kāi)設(shè)溝槽，并且安裝 O 型圈，從而緊端蓋柔性支承擠壓接觸，這樣設(shè)計(jì)的目的是：當(dāng)柱面氣膜動(dòng)壓密，增強(qiáng)了浮動(dòng)環(huán)的自動(dòng)對(duì)心性；減小了浮動(dòng)環(huán)與壓緊端蓋之間的摩擦很好的平衡掉加工誤差和安裝誤差；從而可以避免軸套Ⅱ與浮動(dòng)環(huán)磨損。如圖 1.2 所示，柱面氣膜動(dòng)壓密封柔性支承結(jié)構(gòu)三維結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)(a)柱面剖面圖 (b)柱面透明圖
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH136

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