椭圆微织构结构参数对气膜浮环密封性能的影响

摘要

目的提高以气体作为润滑介质的织构化浮环密封的密封性能,为气膜浮环密封的优化设计提供理论基础。方法基于气体润滑理论,建立了表征织构化密封环间隙气体流动状态的物理方程,采用有限差分法对控制方程进行数值求解,以气膜浮升力最大和泄漏率最小为优选目标,分析特定工况条件下椭圆微织构孔结构参数对密封性能的影响规律,获得密封性能优良的结构参数的优选范围。结果随着转速和压力的提高均可增强动压效应,提高气膜浮升力。泄漏率随着压力的增加显著升高,但随着转速的提高缓慢下降。椭圆微织构孔几何结构参数对浮环密封气膜浮升力数值的影响因素主次顺序为:面积率>形状比>织构深度>旋转倾角。对密封装置的泄漏率数值的影响因素主次顺序为:织构深度>形状比>面积率>旋转倾角。在转速和压力分析范围内,浮环密封的润滑与密封性能受轴套表面织构几何参数的影响,推荐优先选择的椭圆织构结构参数为:形状比γ=3∶1,面积率Sp=11%,旋转倾角β=0°和织构深度ht=1μm,以获得良好的密封性能。结论微织构的存在可以改善浮环密封的密封性能,选择合适的表面织构参数能起到减摩润滑的效果。研究结果可为气膜浮环密封的加工制造提供理论参考。