分瓣式浮环密封性能研究
分瓣式浮环密封因其性能稳定，各工况条件下适用范围广等优良特性，目前在航空航天领域已成为主要的密封形式。然而分瓣式浮环在实际工作状态下，会产生泄漏和磨损等对密封性能产生影响，因此本文对分瓣式浮环密封在接触状态时的正常工作状态，研究了其关于不同参数条件下的磨损泄漏特性以及发热量和变形量相关的影响因素，通过试验数据与模拟分析结果进行比较分析来验证，汇总得到分瓣式浮环密封设计的相关规律，并为其实际工程实践中提供加工理论和设计优化方法。 根据分瓣式密封装置工作原理，基于分形理论，通过分形理论中主要的分形参数，研究了分瓣式浮环与跑道接触位置的微观形貌，建立了分瓣式浮环密封的数值模型，计算对比了磨损率和泄漏率在变参数条件下的变化趋势，分析了不同参数对分瓣式浮环密封影响，确定了实际密封表面的分形维数和尺度系数的取值范围。经过计算得出的结果中可以明显发现，密封性能中工况参数在较低情况下磨损泄漏较小;在结构参数方面，密封面适宜的密封取值范围在5～6mm时会使密封性能更佳;材料参数中密封表面的粗糙度数值越小，密封面综合性能越好。 针对文中分瓣结构特点，对分瓣式浮环的有限元模型进行建立，分别在工作状态下施加热边界条件和力边界条件，研究了不同工况参数、结构参数、弹簧力以及材料参数对分瓣环密封性能的影响。结果表明，工况参数中压差、转速，结构参数中主密封面宽度和材料参数对密封发热量和变形量均起到主要影响;环形弹簧箍紧力在取值范围区间内对密封变形量影响不大。针对分析结果，提出参数优化取值范围，归纳总结分瓣式浮环密封的设计思路和优化方法。 经设计加工后对分瓣式浮环密封试验装置进行了调试组建，通过辅助系统测量了分瓣式浮环密封装置在不同参数条件下的泄漏量;利用高精度的长度测量器对分瓣环内环表面尺寸进行测量，对其磨损量进行统计。理论计算出的结果与试验中的磨损率和泄漏率比较，得出泄漏率趋势和量级整体吻合，磨损率相比趋势相似，数据的差值可能与试验环境有密切关系，验证密封在不同参数影响下性能分析的准确性。一定时间范围内密封稳定性能良好，分瓣式浮环密封的稳定性能和高可靠性能得以充分反映。 通过对分瓣式浮环密封结构的磨损率、泄漏率和发热量及变形量的数值模拟分析和最终的试验探究，揭示了分瓣式浮环密封不同参数下的磨损率和泄漏率变化趋势，以及发热量及变形量规律，优选出能够减小密封端面温升及变形的较优结构、操作参数及密封材料配对，验证了分瓣式浮环的综合性能优势，可为分瓣式浮环密封的参数优化、材料选择提供新的研究思路，为将来分瓣式浮环设计和发展提供一定的研究基础。
分瓣式浮环;参数优化;密封性能;磨损率;泄漏率
北京化工大学
硕士
机械工程
李双喜;张铁钢
2020
中文
V253
2020-11-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）