【摘要】：傾斜橢圓微孔氣膜端面密封依靠微孔動壓效應形成足夠開啟力,實現(xiàn)密封端面的非接觸穩(wěn)定運行。伴隨操作工況不斷向高速條件發(fā)展,氣體熱效應、密封環(huán)熱變形以及復雜端面幾何形貌如粗糙度、紋理織構的共同作用導致密封熱動力潤滑問題漸趨突出。因此,為進一步掌握氣膜溫度分布規(guī)律與密封端面變形情況,論文開展了傾斜橢圓微孔端面氣膜密封高速熱動力潤滑特性研究。首先,針對微觀表面粗糙形貌特征,基于流體潤滑理論,建立粗糙表面動壓潤滑理論分析模型。采用典型的粗糙表面形貌特征參數(shù),包括粗糙峰高度均方根偏差σ、輪廓峰曲率半徑β_r、輪廓峰密度η、粗糙峰橢圓傾斜角θ_r和粗糙峰橢圓長短半徑比γ_r,數(shù)學描述高斯分布方向性粗糙度的分布特征,并推導粗糙度隨機分布所引起的動壓承載力計算方法。隨后通過計算滑塊粗糙表面承載力變化規(guī)律,與Patir-Cheng模型理論結果比較,總體差異控制在10%以內(nèi),證實了模型的可靠性。其次,初步展開表面深槽結構節(jié)流效應的靜壓實驗研究,并分析進口壓力損失對深槽流量特性的影響。重點進行了槽型結構和供氣壓力對平板深槽表面節(jié)流效應影響性分析,與光滑結構進行對比,探討了深槽結構節(jié)流機理,實驗結果表明:隨槽深的增加,深槽紋理節(jié)流效應先增后減,在孔深h_d=0.5 mm附近時,達到最大值,流量相對減少率可達65%,隨后逐漸趨于穩(wěn)定,在h_d=0.5~2 mm取值范圍內(nèi),深槽呈現(xiàn)明顯的節(jié)流效應。此外,隨潤滑間隙與供氣壓力的增加,進口壓力損失逐漸增大,最后維持不變。再次,基于粗糙表面動壓潤滑理論模型,考慮進口壓力損失與出口阻塞流效應,以靜壓端面密封與橢圓微孔端面密封為研究對象,分析等溫潤滑條件下粗糙度效應對氣膜端面密封動壓特性的影響。分析結果表明:端面粗糙度提升密封氣膜開啟力,同時降低泄漏率,當膜厚比λ3時,粗糙表面動壓效應較為明顯,潤滑分析時不應被忽略,但總體對密封性能的影響不超過1%。進口壓力損失減小進口壓力值,而阻塞流增大出口壓力值,二者共同作用減小端面開啟力與泄漏率,對密封性能影響較為明顯。然后,基于氣體熱動力潤滑理論,建立傾斜橢圓微孔氣膜端面密封動載熱潤滑理論模型。重點進行了氣膜端面密封的穩(wěn)態(tài)特性如壓力分布、溫度分布、端面開啟力、密封泄漏率等,以及動態(tài)特性如動態(tài)場分布、阻尼特性、剛度特性等,隨密封操作參數(shù)和結構參數(shù)的變化規(guī)律分析,數(shù)值分析結果表明:氣體膨脹作用導致氣膜溫度下降,溫度場與壓力場耦合作用產(chǎn)生復雜發(fā)散變形,削弱傾斜微孔的動壓效應,端面開啟力下降50%左右;動環(huán)的軸向竄動與角向擺動產(chǎn)生附加壓力與溫度分布,動態(tài)特征參數(shù)在低頻工況下變化不明顯,但隨擾動頻率增加到某一特性值后迅速變化。最后,初步開展了橢圓微孔氣膜端面密封高速實驗研究,主要分析了密封環(huán)溫度分布、密封泄漏率變化以及試件磨損情況。實驗結果表明:密封靜環(huán)溫度隨運轉時間的延長會逐漸增加,尤其在最初運轉的10 min內(nèi),溫度變化較為明顯,之后增加趨勢趨于平緩。隨運轉時間的增加,密封泄漏率呈現(xiàn)下降趨勢,并最終趨于穩(wěn)定,且密封動環(huán)與靜環(huán)的高壓側發(fā)生明顯的磨損,證明沿氣流方向即從高壓側到低壓側,氣膜溫度逐漸降低,密封端面形成發(fā)散間隙分布。論文對傾斜橢圓微孔端面氣膜密封高速熱動力潤滑特性進行了研究,獲得表面幾何形貌、氣體熱效應以及端面變形對密封特性影響規(guī)律和作用機理,為密封氣膜溫度與變形控制提供了理論基礎,同時也為端面孔型設計與應用提供參考,具有重要的工程意義。
【圖文】：

切需要強化發(fā)動機密封裝置的密封性能，以防止軸承腔內(nèi)潤滑油溫燃氣入侵密封腔。氣膜端面密封因其非接觸、低磨耗、長壽命用于發(fā)動機高界面滑速(>400m·s-1)、高密封壓差(>0.5MPa)和極端工況，并逐漸在主軸承箱、渦輪入口、葉尖間隙等關鍵位置封和刷式密封等傳統(tǒng)密封形式，如圖 1-1 所示。面密封是在摩擦副表面加工周期性分布的微米深度紋理織構，如、橢圓孔等，依靠其產(chǎn)生的流體動壓效應形成足夠開啟力，在密 μm 厚度的穩(wěn)定氣膜，實現(xiàn)密封端面的非接觸運行。但是伴隨操發(fā)展，尤其對于航空發(fā)動機高速工作環(huán)境，周向剪切流與徑向壓膜溫度發(fā)生明顯變化，在熱交換條件下，誘發(fā)密封環(huán)端面產(chǎn)生顯擦副的接觸摩擦磨損。此外，端面紋理槽型會進一步增加氣膜溫雜性，影響密封性能的預測與分析。因此迫切需要解決氣膜端面，以便精確掌握氣膜溫度場分布及端面熱變形規(guī)律，提供更高要封性能。

第 1 章 緒論情況、端面熱彈變形規(guī)律、密封穩(wěn)態(tài)與動潤滑理論，為密封端面設計提供參考，具封工作原理改變密封間隙流體流動規(guī)律，影響氣膜物槽的設計是保證選定工況下密封滿足性能封端面型槽結構，，橢圓微孔在保留圓形微，同時可以有效地減小摩擦轉矩、控制端封為研究對象，進行相關的潤滑特性分析的動壓開啟性能，白少先等[10,11]提出動壓向與密封環(huán)旋轉方向存在一定的夾角，以加此基礎上，為進一步減少密封泄漏，推出2]。
【學位授予單位】：浙江工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH136

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 宋國鋒;白少先;彭旭東;盛頌恩;;方向性微孔對潤滑狀態(tài)轉化的影響[J];潤滑與密封;2015年06期

2 產(chǎn)文;宋鵬云;毛文元;焦鳳;;螺旋槽干氣密封端面氣膜溫度場的數(shù)值分析[J];排灌機械工程學報;2015年05期

3 產(chǎn)文;宋鵬云;;螺旋槽干氣密封的熱量平衡膜厚研究[J];潤滑與密封;2015年04期

4 陸俊杰;丁雪興;張偉政;嚴如奇;張英杰;;高速高壓螺旋槽干氣密封端面溫度的測試分析[J];化工學報;2015年06期

5 丁雪興;張英杰;劉斌;劉勇;;熱耗散下螺旋槽干氣密封氣膜剛度的計算與分析[J];應用力學學報;2014年06期

6 丁雪興;劉勇;蘇虹;吳昊;閆飛;;熱彈變形下螺旋槽干氣密封泄漏量的計算與分析[J];蘭州理工大學學報;2014年06期

7 宋鵬云;產(chǎn)文;焦鳳;;螺旋槽干氣密封端面氣膜的熱力過程[J];排灌機械工程學報;2014年11期

8 丁雪興;劉勇;陳宗杰;吳昊;閆飛;;熱耗散變形下螺旋槽干氣密封微尺度氣膜流動特性研究[J];工程力學;2014年11期

9 陳志;蔣琳;李建明;吳波;;干氣密封密封環(huán)溫度場的數(shù)值分析[J];四川大學學報(工程科學版);2014年03期

10 劉向鋒;徐辰;黃偉峰;;基于半解析法的極端工況干氣密封動態(tài)特性研究與參數(shù)設計[J];清華大學學報(自然科學版);2014年02期

本文編號：2643717