微间隙高速流体效应对箔片柱面气膜密封性能的影响

以超临界二氧化碳为润滑介质,考虑湍流、阻塞、惯性等高速流体效应建立箔片柱面气膜密封润滑理论模型,研究不同高速流体效应组合下密封端面流场、箔片变形的变化规律,揭示了高速高压超临界二氧化碳箔片柱面气膜密封的运行机理,进一步分析工况和结构参数对密封性能的影响规律,获得了结构参数的优选范围。结果表明:湍流效应对超临界二氧化碳箔片柱面气膜密封润滑界面流场和密封性能影响较大,阻塞效应和惯性效应影响相对较小;各流体效应之间存在交互作用,湍流效应会使阻塞出口边界压力减小,惯性效应会使阻塞出口边界压力增大,湍流效应条件下惯性效应对气膜浮升力的影响作用更为显著;当长径比取2.0~2.5、柔度系数取0.001~0.003时,密封性能较优。

不同箔坝位置关系下浮动坝箔片端面气膜密封性能研究

提出一种具有浮动密封坝的箔片端面气膜密封(FSD-CFFGS),并以此为研究对象建立密封气弹耦合润滑理论模型,采用有限差分法求解可压缩气体的雷诺方程,分别在箔片端面高于、等于和低于密封坝平面三种关系下系统研究支撑箔柔度系数对膜压、形变及密封性能的影响规律,探究FSD-CFFGS的工作原理和密封机理.综合考虑自适应性、开启性和控漏性,确定FSD-CFFGS支撑箔柔度系数优选范围.结果表明:当箔片端面高于密封坝平面时,密封流体动压效应显著,开启性能较好;高度差Δh取1.5~2.5μm、箔片区支撑箔柔度系数α1取0.05~0.15、浮动坝区支撑箔柔度系数α2取10^(-5)~10^(-3)时,FSD-CFFGS具有一定自适应能力并能保证较好的开启性和控漏性.

柔性箔片气膜密封实际表面状态下的声发射信号特征

柔性箔片气膜密封技术是1种先进的非接触式柱面气膜密封技术,可满足极端参数下高性能旋转机械的密封需求,然而该柱面密封结构不同表面状态运转下的信号特征规律较少研究.因此,本文中通过搭建密封试验台采集不同表面状态下的AE信号频率,进而利用AE波形图和傅里叶变换对其不同表面状态下AE特征规律进行分析与探讨,对比获得不同压力、转速以及膜厚变化时的AE频率特征,从而确定AE信号与气膜密封表面状态相关的幅频信息.结果分析表明:不同表面状态下,AE信号特征频率呈现中心幅频特征不同,且柔性箔片气膜密封结构的AE信号特征至少存在两种明显的中心频率变化,这是由柔性箔片气膜密封的楔形间隙结构变化导致;另外,当密封试验压差和转速变化时,AE频率特征发生了一定程度的变化,但AE中心频率分布基本不变;最后,由于AE高频信号会随着膜厚增加发生衰减,相同表面状态在不同膜厚下呈现出不同的AE频率特征.

考虑表面粗糙度的柔性箔柱面气膜密封紊流特性分析

柔性箔柱面气膜密封是一种可适应氢气压缩机高速转子大变形的密封结构新形式,该密封结合了气膜楔形动压和箔片柔性来实现高性能密封,但是目前高速环境下紊流与表面形貌的相互关联机制对柔性箔柱面气膜密封性能的影响规律缺失,因此本文以表面粗糙度为主要考量因素进行周期性分析计算,并设计了不同表面粗糙度变化对高转速柔性箔密封性能启停循环实验的影响。研究结果表明,当表面形貌不规则度越高,中性面产生的压力波动越大;泄漏率和气浮力随着表面粗糙度的增加而增加,动态特性系数气浮刚度则呈下降趋势,因而气膜稳定性降低;循环周期实验下,气膜密封存在迟滞现象,表面形貌的不规则越高,密封迟滞能越大,另外,受弹性元件、系统摩擦与转速瞬态变化的影响,柔性箔柱面气膜密封会出现反迟滞现象。

三自由度微扰下箔片端面气膜密封动态特性分析

提出一种新型箔片端面气膜密封方式,基于气体润滑与弹性力学理论,应用小扰动法建立箔片端面气膜密封的微扰膜压控制方程。对比分析了不同箔片变形力学模型下的动态特性系数变化规律,探究了不同工况及结构参数对气膜动态特性的影响规律,以最大动态主刚度和阻尼作为综合优化目标,确定了结构参数的优选范围。结果表明:随着激振频率、转轴转速的提高,气膜动态主刚度与动态主阻尼的动态互补变化,抑制了润滑膜厚的激变,同时作为气膜不稳定诱因的动态交叉系数的变化放缓,降低了因工况突变引起气膜振荡、失稳的风险;此外,介质压力的增大能够显著提升密封维稳、抗振性能。当楔形高度取5~8μm,节距比取0.2~0.4,箔坝比取0.5~1.1,箔片数取4~6,箔片结构阻尼取5×10^(7)~8×10^(7)Pa·s/m时,箔片端面气膜密封综合动态抗扰性能较优。