基于鸟翼轮廓的干式气体密封仿生型槽设计-摩擦学学报.PDF

第 ３２卷　第６期 摩 擦 学 学 报 Ｖｏｌ３２　Ｎｏ６ ２０１２年 １１月 Ｔｒｉｂｏｌｏｇｙ Ｎｏｖ，２０１２ 基于鸟翼轮廓的干式气体密封仿生型槽设计  彭旭东 ，呼延晨龙，白少先，李纪云，盛颂恩 （浙江工业大学 机械工程学院，浙江 杭州　３１００３２） 摘　要：为解决目前干式气体密封存在的开启力与气膜轴向刚度不足，易出现磨损与失稳等问题，本文尝试将仿生学 理念引入干式气体密封技术中，通过分析典型飞鸟的羽翼轮廓差异对其飞行状态与能力的影响，定义轮廓外形几何特 征参数，运用几何重构法在现有干式气体密封的典型型槽即螺旋槽的基础上构建仿生型槽，提出新型仿生型槽干式气 体密封密封．基于气体润滑理论，在建立仿生型槽干式气体密封的几何模型和端面气膜压力控制方程的基础上，采用 有限差分法对仿生型槽干式气体密封进行数值模拟研究，分析了仿生型槽的主要几何结构参数对密封性能的影响规 律．结果表明：相较于典型螺旋槽干式气体密封，通过合理设置仿生型槽干式气体密封的端面型槽的几何结构参数值， 其开启力、气膜刚度等密封性能参数在一定范围内有所提升；干式气体密封的仿生设计具有重要的实际意义． 关键词：干式气体密封；仿生设计；鸟翼轮廓；密封性能 中图分类号：ＴＨ１１７．２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００４－０５９５（２０１２）０６－０５６３－０７ ＤｅｓｉｇｎｏｆａＢｉｏｍｏｒｐｈｉｃＧｒｏｏｖｅＤｒｙＧａｓＳｅａｌ ＢａｓｅｄｏｎＢｉｒｄＷｉｎｇＯｕｔｌｉｎｅｓ  ＰＥＮＧＸｕ－ｄｏｎｇ，ＨＵＹＡＮＣｈｅｎ－ｌｏｎｇ，ＢＡＩＳｈａｏ－ｘｉａｎ，ＬＩＪｉ－ｙｕｎ，ＳＨＥＮＧＳｏｎｇ－ｅｎ （ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００３２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆａｄｒｙｇａｓｓｅａｌ（ＤＧＳ），ｓｕｃｈａｓｔｈｅｏｐｅｎｉｎｇｆｏｒｃｅｏｒｔｈｅａｘｉａｌｇａｓｆｉｌｍｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ｂｅｔｗｅｅｎｔｗｏｆａｃｅｓｉｓｉｎｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｆａｃｅｗｅａｒｏｒｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｃｃｕｒｓｓｏｍｅｔｉｍｅｓ，ｔｈｅｃｏｎｃｅｐｔｏｆｂｉｏｎｉｃｄｅｓｉｇｎｆｏｒａＤＧＳｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ａｆｔｅｒｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｖａｒｉｏｕｓｆｌｙｉｎｇｗｉｎｇｓｏｆｔｙｐｉｃａｌｂｉｒｄｓｏｎｔｈｅｉｒｆｌｙｉｎｇａｂｉｌｉｔｙｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｔｈｅ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃｆｅａｔｕｒｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｗｉｎｇｏｕｔｌｉｎｅｓｗｅｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ａｂｉｏｍｏｒｐｈｉｃｇｒｏｏｖｅｈａｓｂｅｅｎｉｎｖｅｎｔｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｌａｓｓｉｃ ｔｙｐｅｏｆａＤＧＳｗｉｔｈｓｐｉｒａｌｇｒｏｏｖｅｓｏｎｔｏｉｔｓｏｎｅｏｆｔｗｏｓｅａｌｉｎｇｆａｃｅｓ（Ｓ－ＤＧＳ）ａｎｄｂｙｕｓｅｏｆｔｈｅｇｅｏｍｅｔｒｉｃｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．Ｔｈｅｎａｎｅｗｔｙｐｅｏｆａｂｉｏｍｏｒｐｈｉｃｇｒｏｏｖｅｄｒｙｇａｓｓｅａｌ（Ｂ－ＤＧＳ）ｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅｇｅｏｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅｌｏｆｓｕｃｈａ Ｂ－ＤＧＳｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．ＴｈｅＲｅｙｎｏｌｄｓｅｑｕａｔｉｏｎｆｏｒｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｇａｓｆｉｌｍｐｒｅｓｓｕｒｅｂｅｔｗｅｅｎｔｗｏｓｅａｌｉｎｇｆａｃｅｓｏｆａＢ－ＤＧＳｏｒａ Ｓ－ＤＧＳｗａｓｓｏｌｖｅｄｂｙｕｓｅｏｆｔｈｅｆｉｎｉｔｅ