空化对液膜密封流场特性及密封性能的影响

为进一步探索液膜空化对密封性能的影响,以螺旋槽液膜密封为研究对象,基于JFO空化模型及坐标变换建立其数学模型并采用有限体积法离散求解。探讨Reynolds和JFO两空化边界下的密封速度场和流量场分布规律以及空穴压力对密封性能如承载能力和摩擦扭矩等影响。结果表明:空穴区的形成具有动态性,速度矢量在空穴区内部为0,在液膜始破边界和靠近内径处的液膜重生边界上速度矢量朝向空穴区,而在靠近外径处的液膜重生边界上速度矢量远离空穴区;液膜流量场主要集中于槽区内且JFO空化边界下的流量场分布比Reynolds空化边界下值更为密集;空穴压力的增加可提升液膜承载能力但增幅较小,而对摩擦扭矩的影响可忽略不计。     

超临界二氧化碳干气密封稳态性能研究

以超临界二氧化碳(S-CO₂)干气密封为研究对象,建立变黏度变密度雷诺方程,通过构建物性数据库的方式对黏度及密度进行处理,并采用有限差分法对控制方程进行求解,得到端面压力分布,并计算开启力、泄漏量、摩擦扭矩和气膜刚度等稳态性能参数。结果表明:随着压力、转速的增大,开启力、泄漏量、摩擦扭矩、气膜刚度等参数均增大;随着槽坝比和槽深的增加,开启力、泄漏量和气膜刚度均增大,摩擦扭矩减小;随着槽数的增加,各稳态性能参数均减小;将槽坝比控制在0.5～1的范围内,有助于提高密封稳定性。     

考虑波度和锥度的端面密封稳态特性数值研究

用有限差分法推导膜厚方程与压力分布方程,建立考虑径向锥度与周向波度的三维模型,应用MATLAB软件编程对接触式机械密封进行稳态特性分析,研究影响密封性能的因素,并对建立的模型进行准确的密封性能评估与分析。结果表明,转速的改变对密封性能参数影响较小,调整压差对控制泄漏、改善密封性能有更明显的效果,开启力与泄漏量等参数随压差的增大均有增大趋势;当压差为正值时,正锥度对动压起削弱作用,负锥度对动压起增强作用,而端面周向波度对流体动压的形成起到关键作用。     

锥度及静态静环角偏差对低速干气密封气膜动态特性的影响

利用小扰动法结合有限元法求解气膜控制方程——动态雷诺方程,得到了端面稳态及动态压力分布.计算了表征气膜动态特性的主要参数——刚度系数和阻尼系数,分析了端面锥度和静态静环角偏差对气膜动态特性的影响规律.结果表明:负锥度对主气膜刚度系数和主阻尼系数有显著影响,正锥度影响较小;静态静环角偏差对主气膜刚度系数和主阻尼系数以及耦合气膜刚度系数和阻尼系数都具有明显的影响;通过调节密封端面锥度和角偏差可以改变气膜动力学行为,进而可以改善密封环的角向运动.     

基于JFO空化和幂律模型的螺旋槽液膜密封流体动压特性

密封端面间润滑流体的非牛顿特性对密封的性能有重要影响。基于满足质量守恒的JFO空化边界条件及描述流体非牛顿特性的幂律模型,建立了考虑流体非牛顿特性的螺旋槽液膜密封数学模型。采用有限差分法对控制方程进行离散,通过SOR迭代方法对离散方程进行求解,得到了密封端面液膜压力分布。探讨了润滑流体的非牛顿特性对螺旋槽液膜密封的液膜承载能力、泄漏量、摩擦扭矩等性能参数及液膜中空化发生情况的影响规律。结果表明：随着幂律指数的增大,液膜承载能力先增大后减小,泄漏量和空化率增大,摩擦扭矩减小;幂律指数为0.96时,相对于牛顿流体,液膜承载能力提升约4.6%,密封端面空化率下降约98.6%,泄漏量下降约5.8%,摩擦扭矩增加约0.3%;随着操作参数的改变,不同幂律指数下的流体动压性能参数变化规律具有相似性;润滑流体的合理选择对液膜密封性能改善有重要意义。     

微观表面形貌对螺旋槽液膜密封空化发生的影响

为探索微观表面形貌对液膜密封空化的影响,基于满足质量守恒的JFO空化模型及坐标变换,建立考虑微观表面形貌的双坝区螺旋槽液膜密封数学模型;采用有限体积法离散求解控制方程,综合分析表面粗糙度、周向波度和径向锥度对螺旋槽液膜密封空化发生的影响规律。结果表明:相比而言,密封面计入微观表面形貌后,摩擦副液膜中空穴区发生位置分散且形状不规则;以空化面积比为判据,较大表面粗糙度对液膜空化促生虽起到积极作用,但数据较小,可忽略不计;锥度对液膜中空穴促生和抑制影响有限,波幅的增加显著促进液膜中空穴的发生;高频波数时,正锥度有利于降低液膜空化面积比,抑制空穴。     

基于声发射时频分析与卷积神经网络的液膜密封摩擦状态识别

针对液膜密封状态监测领域无损监测开发不足、信号特征评估困难以及摩擦状态判别智能化特性缺乏的问题,提出一种基于声发射时频分析与卷积神经网络的液膜密封摩擦状态识别方法。该方法将声发射无损监测技术应用于液膜密封的摩擦状态监测,卷积神经网络作为液膜密封摩擦状态自主决策的实现手段,声发射信号的时频信息作为卷积神经网络的特征输入,分析短时傅立叶变换、 S变换以及小波变换3种时频分析方法对卷积神经网络识别性能的影响。结果表明：对于液膜密封的声发射信号,3种时频分析方法与卷积神经网络结合的优选顺序为：短时傅立叶变换、 S变换、小波变换;基于声发射时频分析与卷积神经网络的液膜密封摩擦状态识别方法准确率较高,相比其他识别方法取得了较好的识别效果。     

喷油润滑型激光脸机械密封试验研究

针对航空发动机附件机匣传动轴端机械密封易提早失效的问题,提出在其端面开设激光脸槽型的改进方法,采用试验手段研究在喷油润滑条件下,激光脸机械密封的摩擦磨损特性、热特性及泄漏情况。自主设计可模拟喷油润滑工况的机械密封试验工装,定制可进行润滑油加热的集成型液压站作为辅助系统,分别进行变工况运转试验和长时稳态工况试验。结果表明：在变工况以及稳态工况运转条件下运转后动、静环端面均无明显磨损;在介质温度较为稳定的情况下,动环和轴套温度均能保持稳定;在整个试验过程中,机械密封均无泄漏发生,表明激光脸机械密封在喷油润滑工况下具备良好的热特性和密封效果。     

双列反向螺旋槽上游泵送密封性能实验研究

利用中低速泵用密封实验装置,在变工况下,对双列反向螺旋槽上游泵送密封的性能进行了实验研究。得到了密封端面液膜压力、液膜厚度、端面温升等重要参数。分析了变工况下密封端面间液膜压力、液膜厚度随转速的变化规律,并测量了不同介质压力下密封端面的温升。实验结果表明,双列反向螺旋槽上游泵送密封在压力、转速变化的条件下能实现非接触运转,保证端面处于流体润滑状态,具有较强的抗干扰能力,完全适应变工况操作条件。     

基于Pro/E的机械密封的参数化设计

为了加快机械密封零件的设计速度,满足现场应用的需要,利用Pro/E自带的二次开发工具Pro/Toolkit和VC++编程语言开发了机械密封零部件的参数化设计应用程序,建立了机械密封的三维零件模型库。该程序能够对主要结构参数进行计算,实现机械密封零部件的参数化设计并且自动生成完整的零部件二维工程图。