螺旋槽端面密封脱开转速的理论及试验

提出螺旋槽端面密封脱开转速的理论分析模型,并建立适合于密封端面脱开后的内外双槽结构的非接触式端面密封数学模型。理论研究一种外螺旋槽和内人字槽组合的双螺旋槽端面密封的临界脱开转速,同时讨论该类非接触端面密封开启力、流量、摩擦力矩等随转速和密封间隙的变化规律。试验得到了直径100 mm、槽深3μm的组合螺旋槽(外螺旋槽和内人字槽组合)端面密封在水介质(27℃)工况下的临界脱开转速,并将其与理论结果进行对比研究。研究结果表明,当密封转速超过约9 kr/min后,密封处在非接触状态,此时的密封泄漏量仅为1.2 mL/s。试验得到的端面密封脱开转速与理论结果一致(误差小于10%),从而有效地证实了端面脱开转速可作为对密封端面接触与否的判定依据。当密封转速高于脱开转速后,密封处在非接触状态,其工作寿命较长,泄漏量较小,这对于可重复使用火箭发动机涡轮泵端面密封的研制具有重要理论和试验参考价值。

液体火箭发动机旋转式唇形密封圈脱开转速计算

针对火箭发动机涡轮泵端面密封结构中旋转式唇形密封圈的"脱开式"密封特性,基于丁腈橡胶材料单轴拉伸试验数据,借助非线性有限元软件ABAQUS,建立了唇形密封圈的"解析刚体-超弹性体"组合有限元模型。计算了在过盈装配预紧力、弹簧径向力、燃料介质压力及旋转离心力作用下,密封圈的Von-mises应力分布及变形情况,根据密封圈接触状态转化,获得了密封圈的脱开转速区间。最后进行了唇形密封圈的水运转试验,提出了用于测量密封圈脱开转速的逆向测量方法,试验结果与计算结果吻合,从而验证了计算结果的正确性。

离心脱开型斜撑离合器脱开转速计算及试验验证

脱开转速是斜撑离合器的主要技术指标,对斜撑离合器的使用寿命和主机安全性有重要影响。介绍了离心脱开型斜撑离合器的结构,建立力学分析模型,推导出离心脱开型斜撑离合器脱开转速的计算公式,并以某典型型号离合器为例进行脱开转速理论计算,同时提出了一种试验方法测试该型号离合器脱开转速,理论计算值与试验值基本一致,验证了脱开转速理论计算方法的正确性。

可脱开式油封脱开转速的有限元分析研究

该文利用有限元分析的方法,对油封高速旋转状态下的脱开转速进行了计算,获得了脱开转速区间;并通过试验验证了计算结果的准确性;同时,通过计算发现弹簧的离心载荷对唇形密封脱开转速影响不大;密封前后压差不变,腰部厚度越小,脱开转速越大;结构尺寸不变,密封前后压差越大,脱开转速越大。相对腰部厚度,油封脱开转速对密封压差变化更为敏感。

极端工况下螺旋槽机械密封脱开转速的理论分析和试验研究

针对火箭发动机涡轮泵螺旋槽机械密封低黏润滑及快速启动的工况,展开动、静环脱开转速n_(t)的计算和试验研究。引入表面粗糙度判据,建立了n_(t)的理论分析模型;计算分析了载荷W、槽深h_(g)及介质黏度μ等因素影响下,机械密封升速过程中润滑膜厚度h和n_(t)的变化规律;在试验台架上进行了机械密封的升速试验,根据试验数据对n_(t)进行了判断分析。研究结果表明:W由5 kN提升至10 kN后,n_(t)增加了76.5%,h_(g)由5μm增加到15μm后,n_(t)增加了143.9%,采用水作为润滑剂时的n_(t)分别是采用液氢和煤油时的4.0倍和2.1倍;以试验数据Q和T判断得到的n_(t)与理论分析结果相差较大,以P判断得到的n_(t)与理论分析结果相差较小,以F判断得到的n_(t)与理论分析数据吻合,可采用P和F作为在试验中测试n_(t)的判据。

端面参数对人字槽液膜密封脱开转速的影响

非接触式液膜密封的脱开转速对密封性能有显著影响。本文以人字型槽端面结构为基础,建立考虑端面粗糙度的数学模型,采用有限差分法离散平均雷诺方程,对比分析不同密封端面粗糙标准差和结构参数对人字型槽脱开转速的影响。结果表明:端面粗糙度标准差增大,槽深增加,都将导致脱开转速变大;槽深较小时,槽深的变化对脱开转速影响较明显;槽数增多,脱开转速减小,不同台槽比适用于不同的槽数。

转速对旋转式唇形密封接触性能参数的影响

为研究转速对旋转式唇形密封圈接触性能参数的影响规律,采用ANSYS软件建立唇形密封圈在旋转离心力作用下的有限元模型,求解唇形密封圈的应力应变和接触性能参数。结果表明,在研究的密封圈转速范围内,密封圈的应力应变集中作用在其腰部结构和唇口部位;随着转速的增加,密封圈接触宽度、接触压力最大值和径向力等接触性能参数呈现非线性减小,接触压力的分布形状从非对称性逐步转变为对称性。研究结果可为旋转式唇形密封圈脱开转速的工程设计提供理论参考。

螺旋槽旋转密封环润滑状态转变预测

针对螺旋槽旋转密封润滑状态随转速变化,建立分析润滑特性的数学模型。采用有限体积法对雷诺方程进行数值离散,基于贴体坐标变换与质量守恒边界条件,获得了流体润滑模型。采用分形接触模型描述混合润滑状态时的粗糙峰接触特性。数学模型能够对混合润滑和流体润滑状态下的润滑特性进行模拟,获得了全转速范围内摩擦因数的变化规律,并得到了试验验证。得到了脱开转速,并拟合脱开转速随入口油压变化的规律曲线,利用该曲线能有效判断密封摩擦副润滑状态转变的转速。

航空发动机起动性能改善措施试验研究

为优化某型涡扇发动机起动特性，解决发动机起动过程中存在的问题，提高起动成功率，在不改变发动机主体结构条件下，对采用大功率起动机与提高起动机脱开转速和压气机放气3项措施进行了分析、设计及试验验证，最终确定采用大功率起动机结合提高脱开转速的措施，在进气温度为-25～50℃范围内，使发动机起动时间缩短0．19～0．51，起动排气温度降低0．04～0．10。

旋转式唇型圈停车密封开启全过程密封特性研究

为探究旋转式密封圈脱开全过程的密封性能参数变化,借助非线性有限元软件ANSYS,建立三维的“超弹性体”的两参数Mooney-Rivlin橡胶模型、弹簧和“刚体”的静止轴模型,研究传统唇型密封圈和2种新型唇形密封圈(G形与S形)在脱开过程中接触压力、接触宽度、摩擦力的变化规律,分析入口压力、过盈量、弹簧力、橡胶密度对脱开转速的影响。结果表明:3种旋转式密封圈的接触压力、接触宽度均随转速增加而减少且减少的速率相同,摩擦力随转速的增加先增大再减少;3种旋转式密封圈的最大接触压力均发生在唇口靠近空气侧,空气侧与介质侧的接触宽度之比为2∶1,从唇口到空气侧的0.6 mm内,接触压力均趋近于最高值;入口压力对脱开转速影响最大,橡胶密度对脱开转速的影响也较大,而过盈量和弹簧力的影响较小;G形和S形唇形密封结构的脱开转速比传统密封结构低40%左右,证明了环形弹簧的离心力能够加速唇口的脱开。采用压力监控的实验精确地测定开启转速,实验结果与数值分析结果相差较小,证明了数值分析的准确性。

非接触动静结合型机械密封的主动可控性及其脱开机理

针对非接触动静结合型机械密封运行中的脱开现象和泄漏量控制要求,研究基于改变闭合力的机械密封主动可控方法.在原有基础上完善了动静结合型机械密封主动可控的原理,包括控制策略、控制元件及控制流程;结合高速涡轮泵轴端机械密封,给出了主动控制的设计过程,并理论和试验研究了其可控性和受可控元件影响的性能规律.完善了现有的机械密封脱开理论,并结合试验结果对可控型机械密封的脱开转速进行了机理分析.研究结果表明:提出的基于闭合力调控的密封可控性策略及控制敏感性参数范围[1,3.19],可满足对涡轮泵轴端机械密封泄漏量的动态主动控制;完善的脱开转速理论能合理地解释机械密封起飞阶段的端面非接触状态向接触状态转变过程.研究结果对于特殊工况下特种机械密封的设计、运行监测及动态控制具有参考价值.

某型航空发动机起动故障试验

为解决某型航空发动机冷热态起动不兼容问题,基于发动机室内试车台,对起动过程进行研究,分析了起动故障原因。研究了起动机功率、起动机脱开转速及起动供油逻辑对起动性能的影响,通过多种调整措施,对起动过程进行了优化,并试验验证了措施的有效性。结果表明:起动机功率提高10%,起动时间缩短5%;起动机脱开转速提高2%,起动时间缩短18%～25%;调整优化起动供油逻辑,增加起动前中期供油量,减少后期供油量,可有效改善发动机的起动性能。