环形微槽浮动密封的动态特性分析

基于高参数旋转装备对密封低泄漏和长稳定的苛刻要求，提出一种环形微槽浮动密封；考虑偏心气膜收敛问题，定义了Rayleigh台阶对气膜周期的突变性，并应用小扰动法建立瞬态Reynold方程，获得压力和膜厚的扰动微量关系式；构建动态刚度与动态阻尼矩阵，并研究槽型结构与工况对动态特性系数的影响。研究结果表明：交叉刚度kxy和kyx的曲线与交叉阻尼cxy和cyx的曲线分别呈现对称性，主刚度kxx和kyy、主阻尼cxx和cyy的变化规律保持一致；在-20°与30°螺旋角下主刚度达到了最大值；在槽数为10时主刚度、主阻尼达到了最大值，同时交叉刚度之差与交叉阻尼之和趋于0，说明槽数为10时利于密封稳定；在转速超过38 000 r/min后密封系统有可能发生不稳定；压差对密封压力流和剪切流有明显的影响，使得密封系统处于涡动发散阶段；在大偏心下，楔形效应的增强抵抗了气膜压力与厚度分布的不均匀性，有利于涡动收敛，然而气膜厚度的增大增加了密封不稳定性的概率，从而推断出环形微槽浮动密封更适应于小膜厚、低压、高速、大偏心的服役工况。