衍生螺旋槽对超临界二氧化碳干气密封微气膜稳态特性影响*

以衍生螺旋槽为研究对象,建立衍生螺旋槽端面微气膜三维流动模型,通过软件REFPROP获取CO2在不同压力温度下的物性参数,并导入Fluent计算得到了衍生螺旋槽和经典螺旋槽的膜压分布。对比分析衍生螺旋槽和经典螺旋槽S-CO2干气密封开启力、泄漏率和气膜刚度,讨论不同入口压力和转速下湍流效应、实际气体效应以及离心惯性力对密封稳态性能的影响,揭示多种效应交互耦合对S-CO2干气密封气膜动态特性的密封机制。结果表明：衍生螺旋槽的气膜开启力、泄漏率和气膜刚度等性能参数优于经典螺旋槽,这是衍生螺旋槽两级台阶作用的结果;随着转速的增加,在湍流效应和离心惯性力的交互耦合作用下,开启力、泄漏率及气膜刚度先增大后减小,随入口压力的增大,气膜开启力、泄漏率和气膜刚度均呈近似线性增大,且压力越大衍生螺旋槽和经典螺旋槽的差异越来越明显。     

柴油发动机故障诊断技术研究与应用

应用振动法对柴油机气缸体上的振动信号进行分析,得出总振动量级主随活塞与气缸套磨损间隙的增大而适级放大.根据气缸体振动加速度响应功率谱图和柴油发动机总振动量级,可以确定活塞与气缸壁的间隙大小.应用油样铁谱分析技术,可以确定发动机的润滑状况及摩擦副的磨损程度和部位,并通过实例证明了其在柴油发动机故障诊断中的有效性.应用直读式原子发射光谱仪对柴油发动机润滑油油样进行检测,监控柴油发动机曲轴滑动轴承磨损状况,对保障发动机可靠运行起到很好的作用.     

基于传递矩阵法的干气密封试验台转子固有频率计算

利用传递矩阵法对干气密封试验台转子系统进行了简化,并分段建模。对其典型单元的状态进行了数学描述,针对干气密封试验台转子自身的结构数据,在Maple中进行编程求解,获得了转子的一阶固有频率。同时基于干气密封试验台测试系统的LabView平台测试和分析,得到了干气密封试验台转子的一阶固有频率与传递矩阵法的计算结果基本吻合。这表明:用传递矩阵法计算干气密封试验台转子的固有频率是可行的,而且很接近实际情况,对今后实际工况下的干气密封系统转子的动力学分析具有重要的参考价值。     

高速高压螺旋槽干气密封端面温度的测试分析

由于高工况和端面间隙3~5 μm, 因而对端面温度的测试技术是个难点, 更是研究端面微尺度热流体力学的关键点。采用LabVIEW对端面温度编写测试程序, 选定符合要求的传感器等设备, 确定相应的测试技术, 采取抑制干扰的措施, 对端面温度进行测试, 研究不同工况和启停阶段下端面温度的分布和其原因。试验结果表明:不同压力和转速下, 端面的温度分布:根径大于内径大于外径, 最高温度发生在根径处, 为90.90℃, 说明非接触状态下, 以根部大压降引起的热耗散所产生的温升为主。启停阶段外径温度最高, 说明接触状态下, 以固体壁面间摩擦产热为主。这与先前利用热耗散变形得到的理论结果相吻合, 验证了根径区域为温度最高点。试验结果为今后考虑热耗散下的槽形优化提供了依据。     

热耗散变形下干气密封角向摆动稳定性的研究

干气密封系统角向摆动对密封端面造成磨损和影响密封的稳定性,通过数值求解和试验测试来探究密封角向摆动的稳定性规律。基于非线性振动理论,建立了气膜-密封环系统角向摆动模型,同时考虑热耗散变形对气膜厚度和刚度的影响。将气膜刚度和阻尼表示为含有摆角的多项式变量代入振动方程并设置无外激励,利用Floquet指数对非线性振动微分方程进行求解。在热耗散变形下的螺旋角为75°48'32″和无热耗散变形下的螺旋角为75°42'55″时,密封将会发生Hopf分岔,表明考虑热耗散变形下系统稳定运行时的螺旋角范围更大,热耗散变形对螺旋角和分岔点位置有一定影响。选取75°50'和75°两种螺旋角测试热耗散变形下角向摆动对密封端面和泄漏量的影响,发现考虑热耗散变形下螺旋角75°50'的干气密封端面擦痕严重,泄漏量不断增加,无法稳定,相比较螺旋角75°的泄漏量更大,说明热耗散变形对干气密封角向摆动有一定的影响,为干气密封的动态优化设计提供了理论指导。     

干气密封滑动密封端面高频微幅摩擦振动研究

为揭示干气密封端面间摩擦振动规律,通过对密封端面在干摩擦状态下的微观形貌与受力进行分析,基于分形理论构建包含分形参数的密封端面法向位移激励,以及干气密封在干摩擦状态下的两自由度摩擦振动系统模型,并对摩擦振动系统模型的影响因素进行数值分析.研究结果表明:法向振动位移和速度随着分形维数与转速的增大先增大后减小;密封环面分形...     

干气密封环磨合过程摩擦振动信号混沌特性分析

磨合对防止干气密封环端面发生咬合、延长密封环使用寿命等具有一定影响,因而研究干气密封环在磨合过程中的变化特征,识别磨合状态有着重要意义.利用集合经验模态分解法(EEMD)提取端面间的摩擦振动信号,通过相空间重构,得到了摩擦振动信号的相轨迹和混沌参数.利用主分量分析法(PCA)和最大Lyapunov指数判别法,验证摩擦振...     

超临界二氧化碳干气密封热-流-固耦合建模与变形特性分析

为研究超临界二氧化碳干气密封密封环的变形分布,揭示工况条件对密封环变形的影响规律,在考虑CO₂真实气体效应的同时,建立考虑密封环对流换热的热-流-固耦合计算模型,借助CFD和CSM计算机仿真技术,研究超临界二氧化碳干气密封动、静环在多重载荷共同作用下的变形规律。研究结果表明:密封环轴向最大热-流-固变形出现在耦合面,热变形和力变形方向相反,其中热变形起主导作用;转速增大,密封环最大轴向热变形和力变形增大,动环最大轴向热-流-固耦合变形减小;介质压力增大,动环和静环最大轴向力变形分别增大66.25%和6.18%,最大轴向热变形和热-流-固耦合变形均减小;进口温度上升,动环和静环最大轴向热变形分别增大40.79%和34.90%,最大轴向力变形基本不发生改变。     

浸渍石墨材料在不同法向载荷下的磨损性能研究

研究不同摩擦体系下法向载荷对浸渍石墨的摩擦磨损特性的影响,采用扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜分别表征摩擦表面磨痕形貌、磨痕轮廓,对浸渍石墨与对偶球（GCr15钢球和Si3N4陶瓷球）的摩擦磨损情况与机制进行评估分析。结果表明：磨损痕迹随着施加载荷的增加而加深加宽,磨损率与法向载荷呈负相关,而摩擦因数、磨损体积则与法向载荷呈正相关;小载荷作用下石墨的磨损机制为黏着磨损和磨粒磨损,大载荷下则主要表现为黏着磨损、氧化磨损以及疲劳磨损;GCr15/石墨摩擦副相比于Si3N4/石墨摩擦副磨损率较低,在摩擦过程中形成完整、连续性更好的“第三体”转移膜减轻了磨损,对石墨基体起到保护作用。     

局部特征尺度与小波阈值协同下密封摩擦面AE信号降噪研究

针对机械密封低速阶段存在信号内源耦合与外部干扰因素的共性问题,提出了信号局部特征尺度分解(local characteristic-scale decomposition, LCD)与小波阈值协同降噪方法。基于局部特征尺度分解结合小波阈值方法与声发射信号降噪的信息映射关系,建立了互相关系数对含噪分量识别机制,将纯净分量和降噪后的含噪分量进行重构,实现信号降噪,并搭建了机械密封声发射测试台,试验结果表明,LCD-新阈值降噪方法降噪效果优于LCD强制降噪和小波阈值降噪,LCD-新阈值降噪的信噪比分别比LCD强制降噪和小波阈值降噪高出20%和23%。从而证明基于局部特征尺度下密封声发射信号协同小波阈值的降噪技术维持了信号的可用性,保障信号故障特征,为进行机械密封全生命周期管理奠定了理论基础。