以转子-轴承-干气密封系统为研究对象,综合考虑轴承油膜力及外界瞬时激振力对干气密封系统稳定性的影响,建立转子-轴承-干气密封系统轴向振动模型,并利用近似解析法求解微尺度下的非线性雷诺方程,同时耦合振动方程推导得出气膜轴向刚度及轴向阻尼的表达式并编程计算.通过分析不同螺旋槽数响应下时间历程图和相轨图,探寻系统轴向振动特性最优螺旋槽数范围,对比分析干气密封静环-气膜系统和转子-轴承-干气密封系统在实际工况下干气密封槽型参数的稳定范围,为干气密封非线性稳定性研究及设计提供理论指导.

针对干气密封系统在高转速工况下密封性能差、泄漏量大的问题,提出一种双槽阶梯槽端面密封结构。采用CFD对比分析不同压力、转速下单螺旋槽、双槽阶梯槽、阶梯槽3种槽型的密封性能,探讨槽深、螺旋角对密封性能的影响,得出了双槽阶梯槽型优化的结构参数。结果表明:双槽阶梯槽在降低泄漏量和提高综合密封性能上要优于阶梯槽和单螺旋槽;在槽深为6μm、螺旋角为18°时双槽阶梯槽端面密封的刚漏比最大、泄漏量最低;与普通螺旋槽干气密封性能相比,在高速低压工况下,双槽阶梯槽干气密封承载力虽稍有下降,但刚漏比提升了21.74%、泄漏量降低了27.45%。

为解决波度端面机械密封精密加工困难的问题,提出一种由波度密封衍生变化而来的阶梯收敛槽机械密封结构,采用CFD数值模拟,考虑液膜空化效应,对其密封性能进行参数化分析.结果表明:随着槽深、槽数、槽区开口及密封压力的增加,液膜承载力和泄漏量都增大;随着转速的增加,承载力增大,泄漏量减小;随着膜厚的增加,承载力减小,泄漏量增大.在小膜厚,高转速及较低密封压力的工况条件下,更容易产生液膜空化现象,流体泄漏量降低;较小的槽深会增强流体剪切作用,空化效应增强,泄漏量降低,实现减小泄漏的目的.