为提高密封气膜的开启能力以满足长寿命设计要求,基于气体润滑理论研究了环瓣式浮环密封表面瑞利台阶型槽的动压特性。采用有限差分方法,数值计算了密封气膜压力分布和动压效应,分析了操作参数和型槽几何参数对密封气膜压力和泄漏率的影响规律。结果表明,表面瑞利台阶型槽可以产生明显的气体润滑动压效应,可使得密封气膜平均压力和泄漏率分别增加38.6%和10.3%;型槽几何参数对动压效应影响明显,槽宽、槽数和槽深的增加均可使气膜平均压力增加;随着槽宽和槽数半径比的增加,无量纲平均压力先增加后减小。

针对浮环气膜密封在运行过程中气膜刚度较低,密封副易碰磨的问题,提出了在轴套表面开设微槽提高气膜承载力进而提高气膜密封系统的稳定性。基于气体润滑理论,建立了浮环气膜密封的稳态特性数学分析模型,并采用有限差分法进行对压力场进行了求解,计算获得了浮环气膜密封的稳态特性参数,并探究了不同工况及结构参数对气膜径向刚度的影响规律。分析结果表明:随着压强、转速和偏心率的增大都可引起气膜浮升力的提高及径向气膜刚度增大,从而改善了密封系统的稳定性,其中转速为20000r/min,入口压力为0.9MPa时,偏心率取值0.6和螺旋角取值30°时,气膜承载力最佳,气膜刚度最大,可显著提升密封装置维稳和抗振性能。该研究对浮环密封系统设计提供了一定的参考。

本文提出了一种新型的气体动压机械密封结构——部分圆弧槽泵入式气体机械密封。并用有限元法计算了此结构的气膜承载能力和气膜刚度。本文还引入了优化气体动压膜机械密封的新概念——刚漏比。并利用这一概念对其结构进行了优化。试验证明,部分圆弧槽泵入式气体机械密封具有良好的特性。与部分螺旋槽气体机械密封相比,两者特性相似,但前者较后者容易制造。

该文利用气体润滑技术对针杆机构进行无油化研究，根据针杆机构分析的结果设计了孔一腔型动静压混合气体轴承，获得了合理的结构参数。对该气体轴承进行实验研究，实验结果证明大大提高了针杆机构的润滑效果，实现了针杆机构无油化。