螺旋槽干气密封润滑气膜角向涡动的稳定性分析［］［］犻.PDFVIP

第 卷 第 期 北 京 化 工 大 学 学 报 犞狅犾．３５， ３５ ２ 犖狅．２ ２００８年 犑犗犝犚犖犃犔犗犉犅犈犐犑犐犖犌犝犖犐犞犈犚犛犐犜犢犗犉犆犎犈犕犐犆犃犔犜犈犆犎犖犗犔犗犌犢 ２００８  螺旋槽干气密封润滑气膜角向涡动的稳定性分析 丁雪兴 王 悦 张伟政 俞树荣 杜兆年 （兰州理工大学石油化工学院，甘肃 兰州 ７３００５０） 摘 要：螺旋槽干气密封操作的稳定性和可靠性与其槽形参数密切相关，优化槽形参数一直是该领域研究的热点。 应用犘犎线性化方法及变分运算干气密封螺旋槽内瞬态微尺度流动场的非线性雷诺方程，得到了气膜角向涡动刚 度的解析式。继而利用复数转换和迭代法对稳态下气膜边值问题进行求解，求得了气膜涡动刚度的近似解析解。 通过动态稳定性分析，获得了不同介质粘度、压力和转速下稳定性最佳的螺旋角数值。研究结果表明：随介质压力 和转速增大，气膜涡动刚度越大，稳定性越好。 关键词：螺旋槽；干气密封；角向涡动；气膜刚度；稳定性分析 中图分类号：犜犙０５１ 引 言 １ 小扰动下润滑气膜涡动刚度 干气密封利用气体的动压效应来改善密封端面 １１ 无量纲极坐标雷诺方程及边界条件、初始条件 的润滑状况，使端面间保持一气膜从而实现非接触， 螺旋槽干气密封力学模型见图 。 １ 它是目前旋转机械轴端密封中最先进的一种密封装 ［］ 置 １。但由于微米量级的密封间隙极易受到外界 干扰、结构参数等影响，极有可能导致动静密封环间 的干摩擦或泄漏量增大，因而保证气膜动态稳定性 ［］ 是干气密封可靠运行的关键２。国内外学者在稳 ［ ］ ３４ 态方向研究较多，如采用有限元法 及实验测量 ［ ］ 法 ５６来获得密封槽内气体动压分布及几何参数的 优化范围。然而在其动态方面研究较少，文献［ ］ ７８ 分别用有限元法、近似解析法对轴向微扰下一些气 膜动态特性参数进行了计算，但在气膜角向涡动稳 图 螺旋槽力学模型 １ 定性方面研究很少。 犉犻．１ 犕犲犮犺犪狀犻犮狊犿狅犱犲犾狅犳犪狊犻狉犪犾狉狅狅狏犲 犵 狆 犵 鉴于目前仍没有计算气膜涡动刚度的普遍适用 ［］ ８ 无量纲极坐标雷诺方程 为 解析式，本文建立了在角向位移情况下气膜涡动刚 （ ）  ３犘  ３犘 犘犎 度的函数表达式，进行了近似解析求解，其计算值