【摘要】：干氣密封因能實現(xiàn)密封動靜環(huán)的非接觸運行,且對密封介質(zhì)泄漏能嚴格控制,目前已成為高速旋轉(zhuǎn)機械的首選軸端密封型式,廣泛應(yīng)用于石油化工、能源電力和食品醫(yī)藥等領(lǐng)域。通過優(yōu)化設(shè)計的密封端面結(jié)構(gòu)能顯著提高密封的承載能力和流體膜剛度,從而提高密封端面的運行穩(wěn)定性,因此開發(fā)一款優(yōu)化能力強、設(shè)計效率高的干氣密封端面型槽優(yōu)化設(shè)計軟件,以提高干氣密封端面型槽的設(shè)計效率,降低對設(shè)計人員的依賴,對提高我國現(xiàn)有干氣密封的性能指標和設(shè)計水平具有重要意義。首先,基于氣體潤滑理論,通過有限差分法求解雷諾方程,建立干氣密封穩(wěn)態(tài)性能參數(shù)計算模型,并對比文獻驗證其正確性。為獲得密封性能更優(yōu)的端面結(jié)構(gòu)幾何參數(shù),給出了單因素優(yōu)化法、循環(huán)迭代優(yōu)化法和遺傳算法等三種典型幾何參數(shù)優(yōu)化方法的原理及計算流程框圖。其次,針對現(xiàn)有干氣密封端面結(jié)構(gòu)幾何模型所存在的模型繁多、表征能力弱等問題,分別提出單、雙向旋轉(zhuǎn)槽干氣密封端面結(jié)構(gòu)的廣義幾何模型。數(shù)值分析了工況條件和關(guān)鍵幾何參數(shù)對經(jīng)典單、雙向旋轉(zhuǎn)槽干氣密封穩(wěn)態(tài)密封性能的影響規(guī)律,獲得了不同工況條件下各經(jīng)典端面結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)優(yōu)選值。在此基礎(chǔ)上,綜合分析了優(yōu)選目標、工況條件和優(yōu)化方法對不同結(jié)構(gòu)單、雙向旋轉(zhuǎn)槽干氣密封穩(wěn)態(tài)性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明:干氣密封單、雙向旋轉(zhuǎn)槽的幾何參數(shù)優(yōu)選值強烈依賴于工況條件、目標函數(shù)和其他幾何參數(shù)的取值;相較于以往單因素優(yōu)化所得經(jīng)典端面型槽的開啟力和氣膜剛度,采用具有更強幾何表征能力的結(jié)構(gòu)模型和更強全局尋優(yōu)能力的優(yōu)化算法所獲得的穩(wěn)態(tài)密封性能顯著提高。最后,通過C++QT框架開發(fā)干氣密封端面型槽選型優(yōu)化計算軟件,將前文的幾種經(jīng)典槽型和優(yōu)化方法集成,便于設(shè)計參數(shù)及計算結(jié)果提取,實現(xiàn)了密封性能計算、型槽結(jié)構(gòu)優(yōu)化和顯示等功能,顯著提高了干氣密封端面型槽優(yōu)化設(shè)計效率。
【圖文】：

第 1 章 緒論定性不佳以及缺乏高效的端面型槽優(yōu)化設(shè)計軟件等問題，分別提出干氣密封單向旋轉(zhuǎn)槽和雙向旋轉(zhuǎn)槽的新型結(jié)構(gòu)模型，結(jié)合近年來蓬勃發(fā)展的智能優(yōu)化算法，開展干氣密封型槽結(jié)構(gòu)多維優(yōu)化，獲得不同工況條件下干氣密封端面槽型的最佳設(shè)計方案；在此基礎(chǔ)上基于 C++QT 框架開發(fā)干氣密封端面型槽優(yōu)化設(shè)計軟件，實現(xiàn)干氣密封的性能計算和槽型優(yōu)化等功能。通過開展干氣密封端面型槽智能優(yōu)化及相關(guān)設(shè)計軟件開發(fā)，本課題的工作可完善高參數(shù)干氣密封的設(shè)計方法，為干氣密封的優(yōu)化設(shè)計與工程選型提供指導(dǎo)和借鑒。

(e) 直線槽 (f) T 型槽 (g) 樹形槽 (g) 王字槽圖 1-2 經(jīng)典干氣密封端面型槽示意圖適合單向旋轉(zhuǎn)的螺旋槽 DGS 是目前最常用的干氣密封端面型槽，廣泛應(yīng)用于高速離心壓縮機和膨脹機等旋轉(zhuǎn)透平機械中。國內(nèi)外學(xué)者圍繞干氣密封螺旋槽的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化[4,5]和穩(wěn)動態(tài)特性分析[6,7]開展了大量的理論與實驗研究，認為螺旋槽是一種能產(chǎn)生強流體動壓效應(yīng)和氣膜穩(wěn)定性的密封端面結(jié)構(gòu)。近年來，針對如何提高螺旋槽 DGS 在高速條件下的氣膜穩(wěn)定性和密封性，使其抗擾動能力更好和泄漏率更低，近些年來也吸引了國內(nèi)外研究者的目光。劉雨川[8]等指出，在高速條件下槽數(shù)較少時，改變槽數(shù)對 DG氣膜剛度印象顯著，，如當槽數(shù)為 30 時的氣膜剛度較槽數(shù)為 10 時提高約 40%；徐萬福設(shè)計出由角形微槽族構(gòu)成新槽型，通過附加槽型引流，有望提升 S-DGS 在高速下的氣膜剛度。在高速下，增大引流槽數(shù)能夠明顯提升 S-DGS 的氣膜剛度，但其泄漏率變大綜合性能并未提升。如何使 S-DGS 氣膜穩(wěn)定性提高，而密封性不明顯減弱，乃至有所提升，從而提升其綜合性能，彭旭東團隊圍繞該目標進行了很多的理論與實驗研究。在多引流槽和仿生學(xué)基礎(chǔ)上，前后提出一種多通道型槽[10]、集束螺旋槽[11]和微列螺旋槽[12數(shù)值分析和試驗結(jié)果表明[13,14]：在高速低壓工況下，集束螺旋槽和微列螺旋槽干氣密封
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TH136

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本文編號：2640756