螺旋槽干气密封气膜刚度测试与稳定性分析
作者：丁雪兴，张海舟，李驰
摘要：
干气密封的关键技术是动压效应和稳定性问题,而气膜刚度是影响振动稳定性的主要参数之一.采用高精度改进型的电涡流微型传感器和Labview软件,并采用一系列的抗干扰措施,建立了螺旋槽干气密封的测试系统.通过测量干气密封的轴向静环振幅和轴向气膜振幅,而获得气膜刚度,并分析了其气膜振动的稳定性.试验研究表明:随着转速的增加和压力的升高,气膜刚度随之增大,气膜稳定性越好.本例中:压力变化范围为0.2-0.5MPa,转速变化范围为500-3000 r/min,得气膜刚度值的变化范围为0.01-0.03 kN/μm,且气膜刚度分别与压力和转速基本成线性关系；试验中测试了三种不同螺旋角的样机,得螺旋角为74°时,气膜刚度最大,气膜稳定性最好,选取合适的螺旋角可增加气膜的稳定性,从而对结构参数的优化提供了指导.
正文：
近年来,由于干气密封在稳定性方面要求越来越高,而气膜刚度的稳定性是保证干气密封在稳定性的关键因素,因此关于气膜刚度的研究显得尤为重要。Green等[1]用有限体积法同步的解润滑方程和动力学方程,得出了一些密封参数诸如转动惯量、转速、锥度、压力等对动力学稳定性的影响,给出了密封稳定运行临界转速。Miller等[2]对螺旋槽端面密封环在轴向和2个角向自由度上的运动加以分析,用直接数值频率响应法计算气膜的刚度和阻尼特性。Zhang等[3]建立了单自由度三维微扰运动方程,并用正交分解法求得密封环三维运动规律。刘雨川等[4]应用微扰方法和有限元法,对端面气膜密封三自由度微扰下,密封气膜的刚度和阻尼系数进行了数值求解。徐万孚等[5]设计制造了“W A n def 28型”螺旋槽干运行非接触气体密封并进行了动态与稳定性分析。冯向忠等[6]针对螺旋槽气体端面密封结构,用有限元法计算了密封端面的气膜压力分布及密封的气膜刚度和泄漏量等特性参数。王之栎等[7]用有限元方法计算了两个端面的气膜刚度和阻尼。宫燃等[8]应用动态参数计算模型,对密封油膜的刚度和阻尼系数进行数值求解,....
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