【摘要】： 氣體潤(rùn)滑機(jī)械密封,又稱氣體端面機(jī)械密封或干氣密封,可用來(lái)密封旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的氣體或液體介質(zhì)。隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的不斷發(fā)展,對(duì)氣體潤(rùn)滑機(jī)械密封的性能也提出了越來(lái)越高的要求,如何解決許多低速設(shè)備密封的可靠性和穩(wěn)定性問(wèn)題逐漸成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。靜壓氣體潤(rùn)滑機(jī)械密封技術(shù)在低速運(yùn)行設(shè)備上具有很好的密封性能,引起了許多研究者的關(guān)注。 靜壓氣體潤(rùn)滑機(jī)械密封是主要利用氣體靜壓作用實(shí)現(xiàn)端面非接觸的一種新型密封技術(shù)。本論文針對(duì)這種密封技術(shù),采用有限差分?jǐn)?shù)值計(jì)算方法求解氣體控制方程,深入研究各種結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)對(duì)密封端面間的壓力分布、端面開(kāi)啟力、氣膜剛度和泄漏率等性能的影響規(guī)律,并分析了動(dòng)環(huán)受到微小軸向擾動(dòng)后氣膜的變化規(guī)律和靜環(huán)的振動(dòng)規(guī)律。所進(jìn)行的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下: 1.根據(jù)已有的靜壓氣體潤(rùn)滑機(jī)械密封的氣體流動(dòng)控制方程,用VB語(yǔ)言編制了求解該氣體流動(dòng)控制方程的計(jì)算程序,并在編制的VB程序中調(diào)用Matlab程序來(lái)繪制端面間的氣膜厚度和氣膜壓力分布圖。 2.利用編制的程序分析了各種結(jié)構(gòu)參數(shù)(開(kāi)槽深度、節(jié)流孔直徑、開(kāi)槽尺寸)和操作參數(shù)(介質(zhì)壓力、氣源壓力、動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)速)對(duì)密封性能(包括端面開(kāi)啟力、氣膜剛度、氣體泄漏率等)的影響。得到具體結(jié)果:(1)開(kāi)槽深度在所研究的3～15微米范圍內(nèi),對(duì)密封性能的影響不明顯。(2)節(jié)流孔直徑為0.15mm的時(shí)候剛度和開(kāi)啟力都比較大,泄漏率也比較小。當(dāng)節(jié)流孔直徑繼續(xù)增加時(shí),雖然端面開(kāi)啟力有所增加,但是氣膜剛度迅速下降。(3)開(kāi)槽的長(zhǎng)度比取0.6到0.8之間和開(kāi)槽寬度比取0.6左右有較好的密封性能。(4)隨著介質(zhì)壓力的提高,開(kāi)啟力有一定的提高,氣源總泄漏率有一定的下降,氣膜剛度也下降。(5)氣源壓力對(duì)密封的影響相當(dāng)大,通過(guò)調(diào)節(jié)氣源壓力可以得到很好密封性能。當(dāng)提高氣源壓力時(shí),剛度和開(kāi)啟力都有很大的提高,但氣源泄漏率也有很大的增加。(6)轉(zhuǎn)速對(duì)密封性能的影響比較小,分析密封性能時(shí)可以不考慮轉(zhuǎn)速的影響。 3.本論文分析了粗糙度、波度和徑向錐度等不同端面形貌對(duì)密封性能的影響,并且用VB編制相應(yīng)的計(jì)算程序。通過(guò)對(duì)計(jì)算結(jié)果分析后可以得到:(1)只考慮徑向粗糙度時(shí),隨著粗糙度的增加,相應(yīng)的端面開(kāi)啟力和氣膜剛度等密封穩(wěn)定性能指標(biāo)都有一定的下降,而只考慮周向粗糙度時(shí)候結(jié)果恰恰相反。(2)僅考慮徑向錐度時(shí),正錐和負(fù)錐都能夠提高密封的穩(wěn)定性,但是正錐對(duì)應(yīng)的向介質(zhì)端的泄漏率很大,而負(fù)錐對(duì)應(yīng)的向介質(zhì)端的泄漏率比較小,所以應(yīng)當(dāng)避免正錐的出現(xiàn),也要避免負(fù)錐的錐度超過(guò)0.03度,否則將會(huì)出現(xiàn)端面的碰撞和較大的磨損。(3)考慮周向波度后,需要對(duì)薄膜厚度函數(shù)進(jìn)行修正,當(dāng)周向波度的起點(diǎn)位于槽與槽的中點(diǎn),周向波度的余弦起始角為180°時(shí),端面開(kāi)啟力和氣膜剛度都較高,但是此時(shí)的泄漏率也比較大。 4.分析了動(dòng)環(huán)受到微小軸向擾動(dòng)后靜環(huán)的振動(dòng)規(guī)律和氣膜的變化規(guī)律。結(jié)果表明:(1)軸向擾動(dòng)振幅達(dá)到了300微米,氣膜厚度變化量最大值不超過(guò)0.3微米�？梢缘玫椒�(wěn)定的氣膜厚度實(shí)現(xiàn)密封穩(wěn)定的非接觸運(yùn)行。(2)當(dāng)彈簧剛度提高時(shí),氣膜振幅有所增加,但是增加幅度很小。(3)氣膜剛度增加,氣膜振幅有較大的下降。(4)靜環(huán)質(zhì)量、密封面面積對(duì)氣膜振幅的影響很小。
【圖文】：

穩(wěn)定的氣膜提供較高的開(kāi)啟力，促使端面實(shí)現(xiàn)非接觸。根據(jù)潤(rùn)滑氣體提供的方式，主要分為自加壓式靜壓氣體潤(rùn)滑機(jī)械密封和外加壓式靜壓氣體潤(rùn)滑機(jī)械密封。對(duì)于自加壓式靜壓氣體潤(rùn)滑機(jī)械密封，典型結(jié)構(gòu)如圖2.1所示134]，在密封環(huán)的背部有提供有氣體通道，產(chǎn)生靜壓的氣體是設(shè)備輸送的介質(zhì)本身，不需要提供另外的氣源，但密封的性能容易受到介質(zhì)壓力波動(dòng)的影響。對(duì)于外加壓式靜壓氣體潤(rùn)滑機(jī)械密封，靜壓氣體由外部氣源提供，典型結(jié)構(gòu)如圖2.2所示135}。該類密封額外增加了氣源設(shè)備，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但是這種結(jié)構(gòu)的密封性能比較穩(wěn)定，可靠性高。2.2密封端面間氣膜特性分析模型2.2.1幾何模型根據(jù)在上一節(jié)中介紹的自加壓式靜壓氣體潤(rùn)滑機(jī)械密封與外加壓式靜壓氣體潤(rùn)滑機(jī)械密封的特點(diǎn)，可以知道外加式靜壓氣體潤(rùn)滑機(jī)械密封具有更好的密封可靠性，在實(shí)際的很多領(lǐng)域?qū)?huì)有很大的發(fā)展空間，因此本文將對(duì)外加壓式靜壓氣體潤(rùn)滑機(jī)械密封進(jìn)行分析研究。外加壓式靜壓氣體潤(rùn)滑機(jī)械密封具有兩個(gè)相對(duì)旋轉(zhuǎn)的非接觸密封環(huán)

部有提供有氣體通道，產(chǎn)生靜壓的氣體是設(shè)備輸送的介質(zhì)本身，不需要提供另外的氣源，但密封的性能容易受到介質(zhì)壓力波動(dòng)的影響。對(duì)于外加壓式靜壓氣體潤(rùn)滑機(jī)械密封，，靜壓氣體由外部氣源提供，典型結(jié)構(gòu)如圖2.2所示135}。該類密封額外增加了氣源設(shè)備，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但是這種結(jié)構(gòu)的密封性能比較穩(wěn)定，可靠性高。2.2密封端面間氣膜特性分析模型2.2.1幾何模型根據(jù)在上一節(jié)中介紹的自加壓式靜壓氣體潤(rùn)滑機(jī)械密封與外加壓式靜壓氣體潤(rùn)滑機(jī)械密封的特點(diǎn)，可以知道外加式靜壓氣體潤(rùn)滑機(jī)械密封具有更好的密封可靠性，在實(shí)際的很多領(lǐng)域?qū)?huì)有很大的發(fā)展空間，因此本文將對(duì)外加壓式靜壓氣體潤(rùn)滑機(jī)械密封進(jìn)行分析研究。外加壓式靜壓氣體潤(rùn)滑機(jī)械密封具有兩個(gè)相對(duì)旋轉(zhuǎn)的非接觸密封環(huán)，動(dòng)環(huán)是普通
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TH136

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2638510