干气密封接触摩擦机理研究

论文摘要

非接触式机械密封的密封面被完整的流体膜隔开,端面处于非接触状态,具有磨损少,寿命长、能耗低等优点。随着对非接触式机械密封研究得深入,密封运行过程中存在的接触摩擦现象受到关注。密封端面接触摩擦研究对于提高非接触式机械密封的性能,延长密封使用寿命有非常重要的意义。本文设计了一种检测干气密封接触摩擦的实验结构,实验采用测量干气密封运行过程中的振动,分析典型振动成分,从而判断干气密封接触摩擦的存在。通过对干气密封实验结构进行改造,排除了接触式密封、水压波动等外在振动因素的干扰。对接触摩擦特征频率的分析,证实干气密封端面存在端面接触现象。在分析实验结构的基础上,提出造成干气密封端面接触的主要原因是密封动环角偏差和静环角偏差,且角偏差的大小在密封运行过程中保持不变。通过求解稳态雷诺方程,得到干气密封端面气膜压力分布,研究了角偏差对干气密封性能的影响。研究表明,角偏差使密封端面局部气膜压力出现峰值,影响端面压力稳定。建立干气密封接触模型,根据干气密封的接触特点,提出消除端面接触的措施,并进行可行性分析。研究表明,通过对密封锥度的优化,调节工况参数(例如转速、密封介质压力等)可以消除干气密封端面接触。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 课题研究目的及意义
• 1.2 机械密封研究现状及分析
• 1.2.1 密封机理的研究进展
• 1.2.2 机械密封的国内外研究进展
• 1.3 研究现状分析
• 1.4 研究方案
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 研究目的
• 1.4.3 研究方法
• 第二章 螺旋槽干气密封
• 2.1 干气密封工作原理
• 2.2 干气密封参数
• 2.2.1 几何参数
• 2.2.2 力学参数
• 2.2.3 性能参数
• 2.3 干气密封稳态特性
• 2.3.1 数学模型
• 2.3.2 数值求解
• 2.3.3 稳态特性参数
• 2.4 本章小结
• 第三章 干气密封接触摩擦实验
• 3.1 干气密封接触摩擦简介
• 3.1.1 干气密封接触摩擦分类
• 3.1.2 干气密封接触摩擦实验方法
• 3.1.3 摩擦振动理论
• 3.1.4 动环偏心距和偏角的影响
• 3.2 实验装置
• 3.2.1 实验台简介
• 3.2.2 实验流程
• 3.2.3 参数测试
• 3.2.4 振动测试仪器及数据分析系统
• 3.3 实验过程及步骤
• 3.3.1 实验结构
• 3.3.2 实验步骤
• 3.4 实验数据分析
• 3.4.1 静态性能分析
• 3.4.2 动态实验分析
• 3.4.3 干气密封端面热量分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 干气密封接触摩擦现象分析
• 4.1 干气密封接触摩擦原因
• 4.2 动环角偏差和静环角偏差的产生原因
• 4.3 角偏差对干气密封的影响
• 4.3.1 干气密封运行中力平衡特点
• 4.3.2 角偏差对干气密封性能的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 干气密封接触摩擦的消除
• 5.1 干气密封接触摩擦模型
• 5.2 锥度对干气密封性能的影响
• 5.3 转速和介质压力对干气密封的影响
• 5.3.1 转速对干气密封影响
• 5.3.2 压力对干气密封影响
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢