热耗散变形下干气密封系统轴向振动稳定性分析

基于非线性振动理论,建立了气膜-密封环系统轴向振动模型,同时考虑了热耗散有热弹变形对气膜厚度和刚度的影响。在特定的工况下,求解并拟合了非线性气膜的轴向刚度和阻尼,获得了一个非线性受迫振动微分方程。在无外激励情况下,通过求解Floquet指数,讨论了系统分岔的问题,分析了螺旋角对系统稳定性的影响,得到了干气密封系统稳定运行的螺旋角范围,并求得螺旋角为75°54′36″时系统发生Hopf分岔。将数据结果与无热耗散有热弹变形、无变形下的数据进行比较。研究结果表明:考虑热耗散有热弹变形下的系统稳定的螺旋角范围比无热耗散有热弹变形和无变形的螺旋角范围更大。热耗散热弹变形下发生Hopf分岔的分叉点位置相比无热耗散有热弹变形和无变形的分岔点更加突出。这与先前利用龙格-库塔法研究的结果一致,从而验证该方法的正确性。其结果说明,热耗散有热弹变形对干气密封系统的稳定运行有一定的干扰,对工程实际具有一定应用价值。     

干气密封系统角向摆动的稳定性及其振动响应

干气密封系统角向摆动改变了动静密封环间的微尺度间隙,进而影响了干气密封的密封性能,建立了角向振动下气膜-密封环系统的动力学模型,应用微扰法和龙格-库塔法求解气膜角向刚度、临界转动惯量和角向摆动的二维振动方程,获得了密封系统稳定时的密封结构参数范围,并分析了最佳稳定点和临界点振动响应。研究结果表明:在特例中螺旋角α=75°邻域内,存在着稳定区域α=74°30′06″-75°16′10″,其最佳值为αopt=74°53′48″。最佳稳定点振动响应为准周期运动,而临界点振动响应发生了混沌运动。     

热耗散变形下螺旋槽干气密封微尺度气膜流动特性研究

螺旋槽干气密封在高压、高速旋转时内部会产生一定量的热,导致密封环发生热弹变形,从而对密封性能产生影响。首先在速度滑移边界条件下,求出螺旋槽内的气膜压力和气膜速度,然后推导出气膜的无热耗散能量方程及有热耗散能量方程,进而利用气膜的压力、速度和能量方程,通过 Maple 和 Matlab 软件求解槽内气膜的温度分布。然后由热弹变形理论,求解出密封环的变形量,获得螺旋槽内气膜厚度的解析式。最后利用广义雷诺方程求出理论泄漏量,并与泄漏量的实验值进行比较。研究结果表明:随着气体从外径流入内径,槽内温度的分布规律是先升高后降低,槽根部周围温度较高;热弹变形量与温度变化的规律一致,而气膜厚度的变化趋势与之相反;干气密封中的泄漏量随变形量增大而增大,考虑热耗散有变形的泄漏量更接近于实验值。     

干气密封气膜—密封环系统轴向振动动力稳定性分析

摘要：基于非线性振动理论,建立了气膜-密封环系统轴向振动动力学模型,在特例下计算并拟合非线性气膜轴向刚度与阻尼,得到了一个含二次、三次项的非线性受迫振动微分方程。在无外激励情况下,通过求Floquet指数讨论了系统分岔问题,分析了螺旋角对系统稳定性的影响,给出了使干气密封系统稳定的螺旋角的范围, 并求得在特例下螺旋角α=75°13′26″时系统发生hopf分岔。这与先前利用龙格-库塔法研究的结果一致,从而验证了该方法的正确性。改变工况讨论系统分岔问题,得到了系统分岔时的螺旋角数值,结果表明其螺旋角数值基本不变,说明改变工况其分岔点位置不变,其结果为干气密封的动态优化设计提供理论指导。     

螺旋槽干气密封气膜刚度测试与稳定性分析

干气密封的关键技术是动压效应和稳定性问题,而气膜刚度是影响振动稳定性的主要参数之一。采用高精度改进型的电涡流微型传感器和Labview软件,并采用一系列的抗干扰措施,建立了螺旋槽干气密封的测试系统。通过测量干气密封的轴向静环振幅和轴向气膜振幅,而获得气膜刚度,并分析了其气膜振动的稳定性。试验研究表明：随着转速的增加和压力的升高,气膜刚度随之增大,气膜稳定性越好。本例中：压力变化范围为0.2-0.5MPa,转速变化范围为500 - 3000 r/min,得气膜刚度值的变化范围为0.01 - 0.03 KN/μm,且气膜刚度分别与压力和转速基本成线性关系;试验中测试了三种不同螺旋角的样机,得螺旋角为74°时,气膜刚度最大,气膜稳定性最好,选取合适的螺旋角可增加气膜的稳定性,从而对结构参数的优化提供了指导。     

干气密封动静环摩擦界面热弹法向接触刚度分形模型

基于分形理论,根据重新建立的微凸体接触模型,并考虑微凸体弹性变形以及热应力变形,建立了干气密封两摩擦界面热弹性法向接触刚度计算模型,并对其影响因素进行了数值分析。研究结果表明:热法向接触刚度、弹性法向接触刚度均随无量纲真实接触面积、分形维数增大而增大,而随特征尺寸增大而减小,其中分形维数、特征尺寸对弹性法向接触刚度影响较为显著;摩擦因数对热法向接触刚度和弹性法向接触刚度的影响相反,摩擦因数增大,热法向接触刚度变大,而弹性法向接触刚度变小;热法向接触刚度随着转速以线性方式增大。摩擦界面热弹法向接触刚度分形模型的建立与分析,将为研究考虑热效应的干气密封摩擦振动奠定一定基础。     

弹簧和密封圈刚度和阻尼对气体端面密封追随性的影响研究

气体端面密封在实际运行中,静环对动环轴向窜动和角向摆动的跟踪响应能力(追随性)至关重要,优良的追随性能够降低外界干扰对密封稳定性造成的影响。将气体端面密封简化为弹簧-阻尼-质量系统,基于线性化的摄动法求解了密封气膜动态性刚度和阻尼系数,在此基础上研究了弹簧和补偿环用辅助密封圈刚度和阻尼对气体端面密封追随性的影响规律,研究对象包括动压式密封、静压式密封以及动静压混合式密封三种密封形式。研究结果表明:当刚度和阻尼分别小于某数量级时,三种密封在轴向和角向均能具有优异的追随性,随着刚度和阻尼的增加,密封追随性随之变差;同等条件下,动压式密封追随性最好,动静压混合式密封次之,静压式密封最差。     

干气密封摩擦界面法向接触刚度分形模型

为揭示干气密封摩擦界面的摩擦振动规律,用分形参数表征干气密封摩擦界面形貌特性,根据重新建立的微凸体接触变形方式,以及概率理论建立了干气密封摩擦界面法向接触刚度分形模型。通过与相关实验数据和模型的对比,验证了该模型的合理与正确。对影响法向接触刚度的关键因素进行了数值分析,研究结果表明:法向接触刚度随分形维数、真实接触面积的增大而增大;当接触面积一定时,法向接触刚度随特征尺度、摩擦因数的增大逐渐减小。相比于分形维数、特征尺度对法向接触刚度的影响,摩擦因数的影响相对较小。该研究结果为进一步研究干气密封摩擦振动奠定了基础。     

反转轴间气膜密封振动过程分析

摘 要：本文对一种双端面反转轴间气膜密封因外界扰动而引起的振动进行了研究,用有限元方法计算了两个端面的气膜刚度和阻尼,分析了瞬态扰动力作用下前密封跑道和主密封环的振动过程,并研究了系统质量、压力等因素对振动的影响。结果表明,系统的自由振动频率主要由前密封跑道质量决定,主密封环质量对自由振动频率影响较小;同一密封跑道质量对应的不同的环道质量对系统的振动收敛时间影响不大;系统的压差越大,所能承受的扰动力越小,越易瞬时振动失稳。该计算结果对气膜密封的动力学响应分析具有一定的指导意义。     

机械密封与磁性液体组合密封流体动压效应的研究

为提升机械密封与磁性液体组合密封的密封性能、减少泄漏量,建立了密封环与密封间隙内液膜的流固耦合模型。采用数值迭代方法进行了流固耦合场的数值分析计算,研究求解组合密封中密封环端面机械变形的解析方法,并通过ANSYS有限元法验证该解析法的适用范围。进一步研究了流固耦合模型对组合密封性能的影响。由于在密封环端面开设直线型槽的作用,密封环端面形成了一定的周向波度和径向锥度。而密封泄漏率随锥角的增大近似呈线性比例增大,泄漏率受锥角的影响较大。密封介质压力升高时,密封环端面周向波度随之增大而径向锥度没有明显变化,这是由于在密封环端面沿周向设有直线型槽作用,减少了锥度增加的幅度,从而减少了密封环端面间的泄漏量。     

胶囊形气膜结构风致气弹响应及风振系数研究

针对1/3矢跨比胶囊形气膜结构进行了气弹模型风洞试验,研究了结构的风致气弹响应变化规律,并给出了可供设计参考的风振系数。研究发现：结构平均变形呈迎风面凹陷,顶部隆起,横风向向外凸出的趋势,且这种变形趋势随着内压减小和风速增大越来越明显。0°风向角时的平均变形和振幅大于45°风向角时的平均变形和振幅大于90°风向角时的平均变形和振幅,结构合位移均值的极值出现在迎风面与顶面中心点;0°和45°风向角下,顶点竖向振幅>顺风向振幅>横风向振幅,结构以1阶模态振动为主;90°风向角下,顶点横风向振幅大于其他两个方向,结构以1阶和2阶模态叠加振动为主。各工况下结构的内压均有不同程度的减小。最后给出了考虑流固耦合效应的响应风振系数。     

典型气膜密封新产品介绍

分析了气膜密封的特点和影响性能的因素，介绍了新加坡ＡＥＲＯＹＮＥ密封公司的新产品－ＡＥＲＯＹＮＥ６系列单端面和串联布置的双面螺旋槽机械密封。     

基于热流固耦合的液膜密封动态追随性分析

为研究热流固耦合下液膜密封动态追随特性,基于小扰动法及热动力润滑理论,考虑非补偿环轴向振动、角向偏摆,建立补偿环三自由度运动方程,对比并分析纯流场和热流固耦合模型下力学元件参数、操作工况参数、结构参数对动态追随性的影响。结果表明：在热流固耦合模型下求解的液膜密封扰动量略小于纯流场模型下求解的扰动量;增加激励振幅,弹簧刚度和O型圈阻尼均会导致扰动增大,动态追随性变差;减小转速、增加介质压力会导致动态特性系数增加,有利于提高动态追随性;减少槽数会提高动态追随性,且在槽数给定时,槽深17μm,槽坝比0.8,螺旋角22°的结构参数设定会得到更好的动态追随性。     

双单体组合隔震结构考虑摆动的振动控制研究

组合隔震结构体系中,当基础隔震体上部结构层间刚度相对较小、垂直荷载较大,且其采用的叠层橡胶垫的橡胶总厚度较大时,隔震支座不仅会产生水平变形,同时也会产生竖向变形,导致上部结构产生摆动,而这种摆动可能对隔震体本身及联接体的振动控制产生影响.推导了组合隔震结构考虑摆动的振动及控制方程,分析研究了摆动对组合隔震结构的振动控制影响.研究结构表明:在组合隔震体系中,隔震体的摆动对隔震体本身及联接体的振动控制都有一定的影响.     

齿厚与螺旋角对人字齿行星轮动态特性的影响

利用多尺度法分析人字齿行星轮轮齿厚度和螺旋角对人字齿行星轮系统动态特性影响。建立人字齿行星轮的动力学模型,该模型考虑时变啮合刚度、脱齿等非线性因素。利用该模型,分析齿厚与螺旋角对人字齿行星轮动态响应影响,多尺度法与数值模拟的计算结果一致。结果表明,齿厚与螺旋角对时变啮合刚度各阶波动幅值有着周期性影响,选取适当的齿厚与螺旋角可明显降低系统各自由度振动幅值和动态传递误差。     

粗糙界面法向接触振动响应与能量耗散特性研究

粗糙界面的法向接触振动与能量耗散特性对描述界面动力学机理具有重要的理论和实际意义。本文通过建立粗糙界面法向接触振动的动力学模型,提出了其法向接触振动响应特征量和振动能量耗散量的计算方法。基于粗糙表面的三维分形模型描述,构造了粗糙界面的接触力-变形关系式,并与Hertz接触模型的力-变形关系进行了对比分析;建立了粗糙界面接触振动系统的动力学方程,计算了不同表面形貌粗糙界面系统每周期的振动能量耗散率和累计能量耗散率;分析了粗糙界面法向接触振动的响应特征与能量耗散特性,从理论上对界面法向微动能量耗散的实验结果进行了解释,为描述接触界面的动力学机理提供了理论依据。     

真空吸附辊的密封特性研究

目的通过分析真空吸附辊密封模型中各结构参数对密封性能的影响,确定最合理且最适用于实际工况要求的密封结构。方法采用计算流体力学(CFD)方法对流体流动进行数值模拟,通过Gambit软件建立模型并划分网格,用Fluent软件对模型进行迭代,分析密封面的结构几何参数对密封特性的影响。结果以实际密封操作工况所要求的泄漏量作为衡量标准,且综合考虑极限压力条件和停车操作的影响因素,得知密封加工位置y=-3.2 mm、密封角度为0.04 rad时的结构最合理、最适用于实际工况要求。结论密封面的结构几何参数,如动静环密封角度、密封加工位置及气膜厚度等对开启力、泄漏量都有重要影响。     

波轮式全自动洗衣机的摆动问题的分岔分析

为深入研究波轮式全自动洗衣机的摆动问题,讨论了其悬挂系统的受力情况并详细分析其切向阻尼力的构成形式;采用旋转坐标变换的方法将文献[5]中振动模型转为自治形式,分析自治系统的平衡点及其求解方法;采用数值分岔软件AUTO[6]完成了自治系统的分岔分析,指出脱水过程中的Hopf分岔现象,解释了摆动现象起源于自治系统解的不稳定性,进而讨论了Hopf点与脱水转速、脱水负载、悬挂系统轴向阻尼和悬挂弹簧刚度间的关系,并分析脱水过程中的稳定区与不稳定区;最后采用数值仿真的方法验证了分岔结论的正确性。     

干气密封在聚丙烯装置C401压缩机上的应用

编写用于计算流体动压效应的计算程序,用有限元法对干气密封端面进行数值优化设计计算,得到动压槽形的最佳结构参数。利用干气密封独特的低能耗、少维护、长寿命、零泄漏的优点,结合现场实际情况,在对机组的壳体和转子等主要部件不做任何改动的前提下,制定C401压缩机原浮环密封的改造方案,解决在运行过程中密封易失效而导致密封油跑失的问题;同时,将原密封油脱气系统废除,消除安全隐患,简化操作,减少电能和润滑油的消耗。     

摄动法研究硬盘磁头滑块动态飞行特性

硬盘工作时,磁头滑块飞行在磁盘上方,其动态飞行特性对硬盘工作性能有重要影响。该文利用摄动法推导了磁头滑块的气膜刚度和阻尼摄动方程,且通过有限体积法进行求解,获得了初始摄动条件下的气膜刚度和阻尼矩阵。结合磁头滑块动力学方程,研究了扰动速度、扰动俯仰角和扰动侧倾角对磁头滑块动态飞行特性的影响。研究结果表明:①扰动速度会导致磁头滑块向磁盘表面作竖直方向的移动,增加了与磁盘接触碰撞的风险;②扰动俯仰角或侧倾角的增加都会导致磁头滑块振动幅度的增加,但扰动俯仰角更容易引起磁头滑块的振动。