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kxy和kyx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38000 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...

针对柱面螺旋槽干气密封中的单列螺旋槽结构特点,建立螺旋槽浮环气膜密封的数学分析模型。基于中心差分法和Newton-Raphson迭代法,进行压力控制雷诺方程和气膜厚度方程的求解,得到压力和气膜厚度分布及不同操作参数下柱面单列螺旋槽气膜的泄漏量,并分析工况参数对柱面螺旋槽稳态性能的影响。结果表明泄漏量是随着偏心率和压力的增加而升高;当偏心率一定时,转速的增加,导致泄漏量下降;当转速一定时,压力的上升导致泄漏量的急剧上升,近乎线性分布。试验结果与理论分析结果相吻合,验证了理论模型和计算方法的正确性。

由于气浮密封薄膜引发的滑移流现象频发,本文针对一种新型柱面螺旋槽气浮密封,基于线性化Boltzmann方程(F-K模型),引入流量因子,建立稀薄气体润滑的F-K滑移流模型。采用高精度八点差分法和Newton-Raphson迭代法求解气膜压力,解决了表面槽-台阶跃、径向偏心与极薄气膜三者耦合下对求解发散和计算精度的影响。将计算结果与现有研究对比,并考察了气体滑移流效应与运行参数的内在关联,研究结果验证了新型柱面螺旋槽气浮密封在高速、低压、小膜厚和大偏心下具有较为明显的滑移流效应;此外,虽然槽深、槽数和槽长的增加提高了气膜浮力,但是增强了槽内滑移流动的响应。研究结果为拓宽动压密封应用范围提供理论了基础。

应用表面激光打标机在密封环表面雕刻不同纹理,通过端面摩擦试验机对具有不同纹理、材料的摩擦副进行测试。从工况参数、纹理形状及材料等方面探寻摩擦副表面的磨损量、温升、摩擦系数和表面形貌的演变规律及其机理。对于端面无纹理配副:当转速为300 r/min时,摩擦系数达到最小,同时"硬对硬"组和"软对硬"组的温升幅度仅为转速250 r/min时的24.24%和21.48%;摩擦系数随着转速升高有明显变小的趋势;石墨环磨损量随着转速的增大先增加后减小;"硬对硬"组摩擦副在各工况下的磨损量小于"软对硬"组。对于单端面纹理配副:椭圆纹理运行最稳定,但是三角织构具有最小的摩擦系数、温升和磨损量。双端面组合纹理的摩擦磨损特性在单端面基础上能进一步提升。

基于螺旋槽的结构,考虑低速下动压不足和静压较弱的现象,提出一种在普通螺旋槽的槽根部增设台阶周向贯通环槽新结构,简称阶梯形螺旋内环槽。基于密封系统和动静环的结构特点,建立了润滑气膜计算域模型,使用Gambit划分网格,随后采用Fluent软件数值模拟获得气膜压力分布和速度分布,提取开启力和泄漏量随转速和压力变化的数据进行分析,研究结果表明阶梯形螺旋内环槽性能好于普通螺旋槽,说明在低速低压的开启阶段,利用新型的阶梯形螺旋内环槽能保证动静环端面更快速打开,降低磨损,提高使用寿命。

机械密封的性能对海洋核心设备海底混输泵的热控效率以及稳定运行有着重要影响。针对混输泵工作状态与机械密封服役环境,建立密封环-液膜多体结构三维模型,考虑热效应、力效应和流体效应等多场协同作用,利用热流固耦合数值仿真技术,研究密封环-液膜多体结构在模拟实际工况下的性能变化规律,得到密封环-液膜多体结构在不同工况下的润滑特性、力学特性以及温度特性。结果表明:在密封环-液膜的多体结构中,密封环最大变形量和最高温度都出现在螺旋槽区域;随转速和压力的增加密封开启力和泄漏量增加,但转速的影响明显大于压力;压力对应力的影响明显大于转速,特别是在压力超过6 MPa后密封端面的接触压力较为不均匀;由于对流换热和气流黏性剪切影响,转速对密封端面温度影响大于压力,尤其在500 r/min低转速区域,密封环-液膜结构的温度突破了...

针对深海推进器用机械密封在工况周期波动下磨损失效现象,在机械密封PV试验机上进行拟实工况测试,建立不同材质摩擦副配对在工况周期波动和定工况下的对照性试验,测试摩擦副实时摩擦系数、形貌演变、表面磨损等数据。试验结果表明:工况周期波动下的SSiC-M106K摩擦系数振幅频率高于恒定工况,且表面粗糙度由0.026μm上升至1.08μm,产生的磨粒对M106K表面造成二次磨损;另一方面,在3种不同材质的摩擦副配对中,SSiC-WC在工况周期波动下的摩擦系数最小且始终稳定在0.012~0.027范围。经SEM电镜测试后发现:以SSiC为动环的SSiC-WC摩擦副磨损程度较小,未出现犁沟效应,而SSiC-M106K表面出现明显磨痕,这是由于在滑动接触过程中磨料在石墨表面转移而导致磨损加剧。因此,SSiC-WC的摩擦配副更适应工况周期波动的服役环境。

干气密封运行过程中的振动信号特征信息微弱并受外界强噪声干扰,其振动信号难以真实反映干气密封摩擦学特性。针对上述问题以及振动信号难以从噪声中分离的问题,提出一种基于CEEMDAN(自适应噪声的完全集合经验模态分析)与ICA(独立成分分析)相结合的信号降噪方法。首先对试验采集的干气密封运行时的加速度信号进行CEEMDAN分解得到IMF分量,然后通过ICA变换得到对应独立成分分量并计算其模糊熵值,将模糊熵值不符合条件的分量进行置零,并把符合条件的分量进行重构得到降噪后信号。利用干气密封加速度实验信号进行算法分析验证,证实了该方法相较于其他传统降噪方法更加有效,为干气密封故障诊断提供了一种新的途径。

针对机械密封低速阶段存在信号内源耦合与外部干扰因素的共性问题,提出了信号局部特征尺度分解(local characteristic-scale decomposition,LCD)与小波阈值协同降噪方法。基于局部特征尺度分解结合小波阈值方法与声发射信号降噪的信息映射关系,建立了互相关系数对含噪分量识别机制,将纯净分量和降噪后的含噪分量进行重构,实现信号降噪,并搭建了机械密封声发射测试台,试验结果表明,LCD-新阈值降噪方法降噪效果优于LCD强制降噪和小波阈值降噪,LCD-新阈值降噪的信噪比分别比LCD强制降噪和小波阈值降噪高出20%和23%。从而证明基于局部特征尺度下密封声发射信号协同小波阈值的降噪技术维持了信号的可用性,保障信号故障特征,为进行机械密封全生命周期管理奠定了理论基础。

液氧动压密封性能对液氧涡轮泵的工作效率及稳定性有很大的影响,为了研究不同工况下机械密封液膜的相变和密封性能,建立端面液膜汽化相变数值计算模型,分析液膜汽化的相变程度、相变区域分布和液膜汽化相变对泵开启力和泄漏量的影响。结果表明:工况参数对液膜的汽化相变有着一定程度的影响,随着动环转速、介质压力的增加,相变被抑制且最大相变体积分数发生在压力出口处且范围逐渐减小,最大相变压力逐渐增加,开启力和泄漏量不断增大;介质温度升高会促进相变的发生,最大相变体积分数发生在压力出口处且范围逐渐增加,最大相变压力不断减小,开启力和泄漏量不断减小。液膜的汽化相变会对密封性能产生直接的影响,合理选择密封工况,可有效利用和控制相变,提高密封性能。