旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備是石油化工行業(yè)的“心臟”設(shè)備,而旋轉(zhuǎn)機械的軸端密封裝置是“心臟”設(shè)備中的核心部件。隨著旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備逐漸向高轉(zhuǎn)速、高溫等極端工況條件發(fā)展;另一方面,對石化行業(yè)使用的非接觸式密封提出了零溢出等苛刻要求。然而目前國內(nèi)使用的端面氣膜密封易遭受到磨損、失穩(wěn)等危害,嚴重影響化工設(shè)備行業(yè)的安全運行。因而探尋一種氣膜穩(wěn)定性更好的新型密封迫在眉睫。本論文提出了一種新型浮動式柱面微槽氣膜密封結(jié)構(gòu),設(shè)計了單列螺旋槽、單列一字平行槽、雙列人字螺旋槽和雙列一字平行槽,以靜態(tài)特性、動態(tài)特性、滑移流效應(yīng)、槽型優(yōu)化、樣機測試為切入點,從理論計算和試驗研究兩個方面對其微間隙氣膜的潤滑特性進行深入研究。采用中心差分法和Newton-Raphson迭代法耦合求解壓力控制雷諾方程和氣膜厚度方程,考慮槽型結(jié)構(gòu)、偏心率和槽臺突變對氣膜厚度控制方程的影響,獲得氣膜壓力和膜厚分布,分析了工況、結(jié)構(gòu)參數(shù)和槽型對新型密封的靜態(tài)特性影響。結(jié)果表明:新型密封適應(yīng)在小膜厚、大偏心和高轉(zhuǎn)速的環(huán)境中穩(wěn)定運行;單列一字平行槽的氣膜承載力最高,雙列槽型泄漏量較大;而氣膜厚度和偏心率是決定槽型發(fā)揮作用的關(guān)鍵參數(shù);并從四種槽型的結(jié)果討論中選取... 

【文章來源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：202 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
符號注釋表
第1章 緒論
    1.1 課題研究的背景與意義
    1.2 新型浮動式柱面微槽氣膜密封介紹
        1.2.1 新型浮動式柱面微槽氣膜密封的結(jié)構(gòu)特點
        1.2.2 新型浮動式柱面微槽氣膜密封的工作原理
    1.3 不同氣體密封形式特點的對比概述
        1.3.1 迷宮密封
        1.3.2 刷式密封
        1.3.3 蜂窩密封
        1.3.4 端面密封
    1.4 國內(nèi)外氣膜密封歷史研究進程
        1.4.1 國內(nèi)外氣膜密封潤滑理論的研究進程
        1.4.2 國內(nèi)外氣體密封滑移效應(yīng)的研究進程
        1.4.3 國內(nèi)外氣體密封動態(tài)特性的研究進程
        1.4.4 國內(nèi)外氣體密封試驗測試的研究進程
    1.5 課題來源與主要研究工作
        1.5.1 課題來源
        1.5.2 本文的主要研究內(nèi)容
    1.6 課題的創(chuàng)新點與關(guān)鍵性問題
        1.6.1 課題的創(chuàng)新點
        1.6.2 關(guān)鍵性問題
第2章 新型浮動式柱面微槽氣膜密封的氣膜形成規(guī)律與靜態(tài)特性
    2.1 新型浮動式柱面微槽氣膜密封數(shù)學(xué)模型的建立
        2.1.1 雷諾方程基本應(yīng)用
        2.1.2 雷諾方程的簡化及無量綱
        2.1.3 雷諾方程的離散與迭代
        2.1.4 氣膜厚度形成規(guī)律和數(shù)學(xué)模型
    2.2 數(shù)值計算網(wǎng)格及邊界條件
        2.2.1 數(shù)值計算網(wǎng)格劃分
        2.2.2 邊界條件
        2.2.3 收斂條件
    2.3 新型浮動式柱面微槽氣膜密封的靜態(tài)特性
        2.3.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)和氣體參數(shù)
        2.3.2 承載力、泄漏量和摩擦力的計算關(guān)系式
        2.3.3 計算程序流程圖
        2.3.4 不同槽型的氣膜壓力分布和膜厚分布
        2.3.5 轉(zhuǎn)速對不同槽型的承載力、偏位角、泄漏量和摩擦力的影響
        2.3.6 壓力對不同槽型的承載力、偏位角、泄漏量和摩擦力的影響
        2.3.7 偏心率對不同槽型的承載力、偏位角、泄漏量和摩擦力的影響
        2.3.8 膜厚對不同槽型的承載力、偏位角、泄漏量和摩擦力的影響
    2.4 本章小結(jié)
第3章 新型浮動式柱面微槽氣膜密封的動態(tài)特性
    3.1 新型浮動式柱面微槽氣膜密封的動態(tài)求解模型
        3.1.1 動態(tài)雷諾方程
        3.1.2 動態(tài)雷諾方程離散求解
        3.1.3 有限差分法求解動力學(xué)系數(shù)方程
        3.1.4 氣膜剛度阻尼系數(shù)表達式推導(dǎo)
    3.2 動態(tài)特性系數(shù)求解流程
        3.2.1 邊界條件
        3.2.2 數(shù)值求解流程圖
    3.3 新型浮動式柱面微槽氣膜密封動態(tài)特性分析
        3.3.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)和氣體參數(shù)
        3.3.2 轉(zhuǎn)速對單列螺旋槽與單列一字平行槽動態(tài)特性系數(shù)的影響
        3.3.3 壓力對單列螺旋槽與單列一字平行槽動態(tài)特性系數(shù)的影響
        3.3.4 偏心率對單列螺旋槽與單列一字平行槽動態(tài)特性系數(shù)的影響
        3.3.5 膜厚對單列螺旋槽與單列一字平行槽動態(tài)特性系數(shù)的影響
        3.3.6 渦動比對單列螺旋槽與單列一字平行槽動態(tài)特性系數(shù)的影響
    3.4 本章小結(jié)
第4章 新型浮動式柱面微槽氣膜密封的多目標多參數(shù)協(xié)調(diào)優(yōu)化
    4.1 多目標多參數(shù)協(xié)調(diào)優(yōu)化
        4.1.1 多目標優(yōu)化的理論和定義
        4.1.2 多目標優(yōu)化方法
        4.1.3 多目標函數(shù)承漏比的表達式
        4.1.4 多參數(shù)協(xié)調(diào)優(yōu)化的方法與步驟
    4.2 多目標多參數(shù)協(xié)調(diào)優(yōu)化的流程與關(guān)鍵說明
        4.2.1 多目標多參數(shù)協(xié)調(diào)優(yōu)化的計算流程圖
        4.2.2 多目標多參數(shù)協(xié)調(diào)優(yōu)化的說明
    4.3 多目標多參數(shù)協(xié)調(diào)優(yōu)化的計算與分析
        4.3.1 優(yōu)化計算算例
        4.3.2 優(yōu)化結(jié)果的對比分析
    4.4 本章小結(jié)
第5章 滑移流效應(yīng)對新型浮動式柱面微槽氣膜密封的影響
    5.1 滑移流效應(yīng)的理論與研究方法
        5.1.1 滑移流效應(yīng)的理論
        5.1.2 滑移流效應(yīng)的研究方法
    5.2 滑移流效應(yīng)的氣體潤滑雷諾修正方程與求解
        5.2.1 滑移流模型
        5.2.2 一階滑移雷諾修正方程與求解
        5.2.3 二階滑移雷諾修正方程與求解
        5.2.4 F-K模型的雷諾修正方程與求解
    5.3 滑移流效應(yīng)對新型浮動式柱面微槽氣膜密封的性能影響
        5.3.1 氣膜壓力的對比分析
        5.3.2 氣膜承載力的對比分析
    5.4 本章小結(jié)
第6章 新型浮動式柱面微槽氣膜密封的試驗研究
    6.1 試驗系統(tǒng)概述
        6.1.1 轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的設(shè)計與說明
        6.1.2 氣路系統(tǒng)的設(shè)計與說明
        6.1.3 密封系統(tǒng)的設(shè)計與說明
        6.1.4 測試系統(tǒng)的設(shè)計與說明
    6.2 試驗測試原理與方案
        6.2.1 測試技術(shù)與原理
        6.2.2 柱面槽型的雕刻技術(shù)
        6.2.3 試驗步驟
        6.2.4 抗干擾措施
    6.3 試驗結(jié)果分析
        6.3.1 不同槽型下密封性能的對比分析
        6.3.2 優(yōu)化單列一字平行槽的潤滑性能對比分析
        6.3.3 不同滑移模型下密封性能的對比分析
    6.4 本章小結(jié)
結(jié)論與展望
    1. 結(jié)論
    2. 展望
參考文獻
致謝
附錄A 攻讀博士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
附錄B 新型浮動式柱面微槽氣膜密封的靜、動態(tài)特性程序代碼
附錄C 新型浮動式柱面微槽氣膜密封多目標多參數(shù)協(xié)調(diào)優(yōu)化的程序代碼
附錄D 新型浮動式柱面微槽氣膜密封滑移效應(yīng)的F-K模型的程序代碼


【參考文獻】：
期刊論文
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[2]兩種螺旋角干氣密封環(huán)端面摩擦特性試驗研究[J]. 丁雪興,王平西,魏龍,金良,陳金林.  摩擦學(xué)學(xué)報. 2017(03)
[3]Thermoelastohydrodynamic behaviour of inclined-ellipse dimpled gas face seals[J]. DING ShaoPeng,BAI ShaoXian.  Science China（Technological Sciences）. 2017(04)
[4]三自由度微擾下的靜壓干氣密封動態(tài)特性分析[J]. 許恒杰,宋鵬云.  排灌機械工程學(xué)報. 2017(01)
[5]螺旋槽干氣密封環(huán)端面摩擦試驗及其性能分析[J]. 丁雪興,王平西,張偉政,俞樹榮,魏龍.  化工學(xué)報. 2017(01)
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博士論文
[1]干氣密封螺旋槽潤滑氣膜的穩(wěn)、動態(tài)特性研究[D]. 丁雪興.蘭州理工大學(xué) 2008

碩士論文
[1]混流泵能量性能多參數(shù)優(yōu)化研究[D]. 呂云.江蘇大學(xué) 2017
[2]基于響應(yīng)面法的柴油機分區(qū)燃燒系統(tǒng)多參數(shù)多目標優(yōu)化研究[D]. 盧泓坤.江蘇大學(xué) 2016
[3]大型汽輪機迷宮密封結(jié)構(gòu)對氣動性能影響的數(shù)值分析[D]. 張曉旭.清華大學(xué) 2014
[4]旋轉(zhuǎn)機械高性能密封技術(shù)研究與應(yīng)用[D]. 張明.北京化工大學(xué) 2011
[5]非漸擴形結(jié)構(gòu)指尖密封特性研究[D]. 桂普國.西北工業(yè)大學(xué) 2003



本文編號：3006219