环形微槽浮动密封的动态特性分析

摘要

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kyz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.