周向波度气体密封的动态特性.pdf

2011年12月
润滑与密封
第36卷第12期
LUBRICATION ENGINEERING
Vol. 36 No. 12
DOI:10.3969/j.issn.0254-0150.2011.12.013
周向波度气体密封的动态特性
张树强蔡纪宁李双喜张秋翔
(北京化工大学机电工程学院北京10029)
摘要:基于摄动法求解周向波度气体密封的动态 Reynolds方程,得到动态气膜压力分布。计算周向波度气体密封
的气膜动态刚度和阻尼系数,分析扰动频率及密封端面几何参数,如波数、波幅和坝宽比对气膜动态特性系数的影响规
律。结果表明:当扰动频率小于转轴角速度时,其对气膜动态特性系数影响不大,反之有较大影响;波数对气膜动态特
性系数影响不大,随着波幅的增加主刚度系数和阻尼系数都随之滅小,耦合刚度系数则几乎不受影响,随着坝宽比的增
加刚度系数基本保持不变,阻尼系数均增加。
关键词:波度密封;动态特性;动态刚度系数;动态阻尼系数
中图分类号:TB42文献标识码:A文章编号:0254-0150(2011)12-055-5
Dynamic Characteristics of Circumferential Waviness Gas Seal
Zhang Shuqiang Cai Jining Li Shuangxi Zhang Qiuxiang
College of Mechanical and Electrical Engineering, Beijing Uniersity of Chemical Technology, Beijing 100029, China
Abstract: The dynamic gas film pressure distributions for ircumferential waviness gas seal were obtained from the un-
steady nonlinear Re nol ution using he perturbation method. The gas film dynamic stiffness and damping coefficients
of circumferential waviness gas seal were evaluated, and the influence of the perturbation frequency and seal face geometry
such as wave number, wave amplitude and sealing dam ratio on dynamic characteristics coefficients was analyzed. Results
show that the perturbation frequency has little influence on gas film dynamic characteristics coefficients when it is less than
shaft angular velocity, conversely has larger influence. Wave number has little influence on gas film dynamic characteristics
coefficients. Direct stifness coefficients and damping coefficients decrease with wave amplitude increasing, but cross-cou-
pled stiffness coefficients are less ensitive o wave amplitude. Along with the increase of sealing am rati, the stifness co-
efficients basically maintain constant, the damping coefficients increa
Keywords waviness gas face seal dynam haraceritis am stifness coefficient dynamic damping coefficient
气体端面密封以磨损量小、泄漏率低和寿命长等有良好的跟踪响应
优点在石油、化工以及航空等领域的旋转机械中有着
周向波度密封的理论研究和工业应用主要集中于
广泛的应用。气体端面密封运转时依靠气体动压效应液体3-1,对其应用于气体端面密封的理论研究较
在端面间形成几微米厚的稳定气膜从而实现非接触,少,少量研究也只是局限于稳态分析?。但在密封
能够产生动压效应的结枃主要有瑞利阶梯、螺旋槽和的实际运行中,需要对其跟踪响应和自振稳定性进行
波度等山。国内外学者对于气体端面密封的研究也主研究,在密封的动力学研究中,静环可以视为被弹
要集中于这儿种槽型,由于螺旋槽性能优良,所以其簧、辅助密封圈以及气膜支撑的振动系统,因而气膜
理论研究和工业应用也就最多。但是与螺旋槽密封相
动态系数刚度和阻尼的求解是气体端面密封动力学研
比,周向波度密封具有以下优点:(1)可以双向究的基础。
旋转;(2)由于波度不存在结构上的突变,所以其
本文作者基于摄动法( Perturbation)求解了周向
不容易被润滑油和被密封介质堵塞:(3)倘若发生波度气体密封的轴向和角向气膜动态刚度和阻尼,揭
密封端面接触,坝区可以承受端面磨损,从而保护提示了扰动频率对密封动态特性系数的影响规律。为深
供动压效应的波度区;(4)高速下静环对动环仍具
人了解周向波度气体密封的动态特性,研究了密封几
何参数对密封动态特性系数的影响规律。
收稿日期:2011-05-06
1几何模型
作者简介:张树强(1986-),男,硕土研究生,从事干气密封
图1为密封环的几何模型,波度和锥度都加工在
技术研究.E
i山:z8q200532014@126.
静环端面上,动环端面为平面,环外侧为高压侧。