孔型阻尼密封的模拟仿真与实验研究

摘要

孔型阻尼密封由于能给转子系统提供较大阻尼而被广泛的用来提高转子系统的稳定性，而摩擦系数是衡量其性能的一个重要参数。我们求解密封泄漏量和预测密封的动力学系数均需摩擦系数作为输入值。有了密封的摩擦系数我们就能提供泄漏量小、使转子更加稳定的密封。
　　 本论文采用平板测试装置来研究孔型阻尼密封的摩擦系数及影响因素。平板上孔型阻尼密封的孔直径为12mm，孔深为0.9mm，以空气作为测试工作介质，来研究入口压力及密封间隙对摩擦系数的影响。同时，建立这两块平板间不同间隙的密封流场的数值模拟模型，计算出试验中各位置的压力及质量流量作对比，对数值模拟结果的准确性进行验证。
　　 在此基础上，建立8mm孔径的有限元模型，加同样载荷计算。研究结果表明摩擦系数随着间隙的增大而增大，入口压力并不显著地影响摩擦系数，小孔径孔型板比大孔径孔型板的防止泄漏效果好。
　　 随后，建立孔型密封的立体偏心模型，计算出不同间隙时，不同涡动比下的径向力、轴向力，进而拟合出二次曲线，求出刚度阻尼值。在8mm孔径时，间隙从0.3mm增大到0.5mm，主刚度从17.54降到12.436，主阻尼从-0.0466降到-0.1181。进而推出摩擦系数增大，刚度减小，主阻尼减小。
　　 为将来能够进行刚度阻尼的实验测试，设计了一个刚度阻尼测试实验台，通过液压激振器施加两个垂直方向的力，测量密封静子相对于激振力方向的位移和加速度。通过求得的量代入刚度阻尼方程求解出刚度阻尼系数。
　　 在本研究给定的气压、密封间隙和孔径范围内，我们可以提供优化的孔型密封结构尺寸。既能有效减小密封的泄漏，又能使转子更加趋于稳定，并减小密封的制造成本。

目录

声明

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摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 课题来源、研究背景和意义

1．1．1 课题来源

1．1．2 研究背景和意义

1．2 孔型密封的研究现状及趋势

1．2．1 孔型密封国内外发展现状

1．2．2 动力学参数预测模型的发展趋势和研究现状

1．2．3 摩擦系数在预测密封泄漏和动力学系数中的重要性

1．2．4 关于实验摩擦系数计算的研究趋势和发展现状

1．2．5 密封动力学参数的实验研究的研究趋势和发展现状

1．3 本研究的主要内容

第二章 平板测试孔型密封流场的CFD计算

2．1 前言

2．2 数值方法研究

2．2．1 平板孔型密封有限元分析方程

2．2．2 平板孔型密封有限元模型的建立

2．3 平板测试的概念及理论

2．3．1 平板测试的概念

2．3．2 狭窄通道内的流体理论

2．4 计算过程

2．4．1 计算典型数据

2．4．2 雷诺数计算

2．4．3 摩擦系数的计算

2．4．4 在各点处的马赫数计算

2．4．5 马赫数梯度的计算

2．5 CFX计算结果提取及数据处理过程

2．6 孔型密封平板实验模拟CFX计算结果分析

2．6．1 孔径为12mm模拟数据

2．6．2 孔深为8mm的孔型摩擦系数数据

2．6．3 孔深为6mm的孔型摩擦系数数据

2．6．4 多孔径模拟数据对比

2．7 本章小结

第三章 孔型密封平板测试实验

3．1 实验台的描述

3．1．1 测试平板的描述

3．1．2 边界容器

3．1．3 背板

3．1．4 间隙的定义

3．1．5 NI数据采集器

3．1．6 测量仪器

3．2 测试过程

3．2．1 测试

3．2．2 数据采集处理

3．3 数据处理及结果分析

3．4 本章小结

第四章 孔型密封有限元模拟计算

4．1 引言

4．2 孔型密封有限元模型构建及计算

4．3 孔型密封转子动力特性系数的计算

4．4 曲线拟合

4．5 本章小结

第五章 孔型密封刚度阻尼测试实验台设计

5．1 前言

5．2 试验方法和测试建立

5．3 孔型密封动力特性的计算与影响因素分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 本文总结

6．2 工作展望

参考文献

致谢

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