擬合曲線槽干氣密封氣膜流場的性能研究.pdf

1、隨著對螺旋槽干氣密封性能研究的不斷深入，其應用范圍也從高速高壓擴大到低速低壓。在低速低壓工況下，干氣密封端面間動壓效果差，使得氣膜厚度較薄，端面間難以建立穩(wěn)定氣膜而產(chǎn)生干摩擦，導致嚴重磨損，因此引發(fā)尋求一種動壓效果更好的多項式擬合曲線槽型來取代螺旋線槽型。本文根據(jù)跡線原理和流線原理分別推導出擬合曲線的多項式函數(shù)，進而與相同工況下螺旋槽的密封性能進行比較，尋找動壓效果和密封性能比螺旋槽好的擬合曲線，并且對此擬合曲線的泄漏量和氣膜剛度進行試

2、驗研究。主要研究內容和結論如下:
　　 應用Solidworks軟件建立螺旋槽、螺旋-圓弧槽、圓弧-螺旋槽干氣密封的三維立體模型，應用Gambit軟件對模型劃分網(wǎng)格，運用Fluent軟件對三種曲線槽干氣密封相同工況下的壓力、流速、泄漏量進行數(shù)值模擬，進而對三種曲線槽的壓力、流速、泄漏量進行比較分析。結果表明:在相同工況下，螺旋-圓弧槽的動壓效果最好，螺旋槽次之，圓弧-螺旋槽最差;螺旋-圓弧槽的出口徑向流速最小，螺旋槽次之，圓弧-

3、螺旋槽最大;螺旋-圓弧槽的泄漏量最小。
　　 基于跡線原理，取螺旋槽中間面、中間線上的流體跡線，將此跡線進行擬合，該擬合曲線作為干氣密封的槽型線。然后建立擬合曲線槽三維立體模型，運用Fluent軟件對擬合曲線槽干氣密封在氣膜厚度為3～5μm時三種工況（低壓低速、中壓中速、高壓高速）下的壓力、泄漏量和氣膜推力進行數(shù)值模擬和分析，并與螺旋槽進行比較。結果表明:在低壓低速工況下，螺旋槽和擬合曲線槽的動壓效果都不明顯，擬合曲線槽比螺旋槽

4、的泄漏量減小2.50％，氣膜推力比螺旋槽增大0.92％;在中壓中速工況下，當氣膜厚度δ=3μm、δ=4μm時擬合曲線槽的動壓效果比螺旋槽好，擬合曲線槽比螺旋槽的泄漏量減小1.92％，氣膜推力比螺旋槽增大1.19％;在高壓高速工況下，當氣膜厚度δ=3μm時擬合曲線槽的動壓效果比螺旋槽好，擬合曲線槽的泄漏量比螺旋槽減小2.56％，氣膜推力比螺旋槽增大1.59％。
　　 接著推導了兩光滑平板間干氣密封微尺度流動場的非線性雷諾方程，應用

5、PH線性化方法、迭代法對非線性雷諾方程近似求解，得到氣膜壓力的近似解析式，再利用極坐標下的流線方程，通過Maple程序求解壓力方程和流線方程得到流線，此流線就是符合條件的擬合曲線。然后建立擬合曲線槽干氣密封的三維立體模型，運用Fluent軟件對擬合曲線槽干氣密封在氣膜厚度為3～5μm時三種工況（低壓低速、中壓中速、高壓高速）下的壓力和泄漏量進行數(shù)值模擬和分析，并與螺旋槽進行比較。結果表明:在低壓低速下，擬合曲線槽和螺旋槽的動壓效果都不明

6、顯，擬合曲線槽的泄漏量比螺旋槽減小0.59％;在中壓中速下，氣膜厚度δ=3μm、δ=4μm時擬合曲線槽的動壓效果比螺旋槽好，泄漏量比螺旋槽減小0.47％;在高壓高速下，氣膜厚度δ=3μm時擬合曲線槽的動壓效果比螺旋槽好，并且泄漏量比螺旋槽減小1.1％。
　　 最后在干氣密封試驗臺上對基于跡線的擬合曲線槽干氣密封系統(tǒng)進行了試驗研究，展示了干氣密封樣機和干氣密封試驗臺輔助系統(tǒng)，為了保證試驗結果的準確性，采取了必要的抗干擾措施。通過對