节流孔特性论文静压干气密封节流孔特性及端面热变形分析

节流孔特性论文：静压干气密封节流孔特性及端面热变形分析【中文摘要】文章依据国内外相关文献资料,对静压干气密封的发展状况、工作原理和典型结构进行了介绍;分析了节流孔特性对静压干气密封性能的影响,并对静压干气密封端面流场进行了数值计算。根据静压气体润滑止推轴承理论,建立了小孔节流式的稳态静压型气体润滑雷诺方程式和节流孔气体流量控制方程。为提高静压干气密封性能,将节流孔流量项引入到气体润滑雷诺方程式,建立了改进的N-S方程。并推导了端面开启力和气膜刚度等主要参数的计算公式。利用泛函求极值算法和有限元法,用MATLAB编制相应的计算程序,在节流孔直径和端面间隙变化的条件下进行数值计算。重点分析了气膜厚度、气源压力、节流孔个数和直径对端面开启力和气膜刚度的影响,以及端面压力分布情况。计算结果表明:密封气在流经节流孔后形成显著的压力降,气膜刚度随节流孔径增大而减小,随气源压力增大而增大;端面压力在节流孔处最高,向四周逐渐下降;开启力总体随端面间隙增大而减小,随气源压力增大而增大,端面间隙在3μm～13μm左右时,开启力随间隙增大而迅速减小,端面气膜具有较大的刚度。根据国内外关于密封环温度场、密封环变形、和密封环优化等方面的研究状况与方法的相关资料,将热—结构耦合...【英文摘要】Accordingtotherelevantliteratureathomeandabroad,introductionisdoneonthedevelopmentstatus,theworkingprincipleandthetypicalstructureofstaticpressuredrygasseal.Influenceoftheorificecharacteristicsonthesealperformanceisanalysedandnumericalcalculationiscarriedoutontheendfaceflowfield.Basedonthestaticgas-lubricatedthrustbearingtheory,thegaslubricationReynoldsequationofstablestatestaticpressureandtheorificeflowcontrolequationarebuilt....【关键词】节流孔特性静压干气密封有限元法气膜刚度温度场热变形【英文关键词】OrificeCharacteristicsStaticPressureDryGasSealFiniteElementMethodGasFilmStiffnessTemperatureFieldThermalDeformation【目录】静压干气密封节流孔特性及端面热变形分析摘要4-5Abstract51绪论8-131.1问题的提出81.2静压干气密封技术研究进展8-101.3密封环温度场研究进展10-111.4密封环热变形研究进展111.5主要研究内容11-121.6本章小结12-132静压干气密封端面控制方程13-242.1节流孔原理13-142.2密封端面控制方程14-232.2.1静压干气密封的工作原理及结构14-152.2.2静压干气密封的几何模型15-162.2.3基本假设16-172.2.4静压干气密封控制方程的建立17-182.2.5节流孔流量计算18-192.2.6边界条件19-212.2.7计算模型中的边界条件21-232.3本章小结23-243静压干气密封端面控制方程数值计算24-433.1变分原理24-263.1.1泛函243.1.2泛函的变分运算24-263.2静压干气密封控制方程的变分提法263.3端面控制方程的有限单元解法26-353.3.1有限单元的划分及插值函数27-293.3.2端面控制方程的有限单元表示法29-333.3.3端面控制方程组的解法33-343.3.4端面开启力与气膜刚度34-353.4数值模拟与结果分析35-423.4.1算例验证35-373.4.2节流孔特性结果分析37-423.5本章小结42-434密封环热力学计算43-524.1问题假设与温度场模型43-444.2温度场边界条件44-454.3密封动静环热边界条件的确定45-474.3.1端面间气体粘性剪切热的计算454.3.2搅拌热的计算45-464.3.3动静环热量分配系数计算46-474.3.4对流换热系数474.4有限元热分析方法47-514.4.1稳态热分析484.4.2热变形分析48-494.4.3热变形求解方法49-514.5本章小结51-525密封环温度场和热变形分析52-675.1密封环温度场结果分析52-585.1.1固定转速下密封环温度场分析53-565.1.2不同转速下密封环端面温度场分析56-585.2密封环热变形结果分析58-665.2.1相同转速下密封环热变形分析59-615.2.2热变形影响因素分析61-665.3本章小结66-676密封环热变形优化设计67-706.1密封环优化方法676.2密封环端面热变形模型67-686.3密封环优化设计模拟实验68-696.4本章小结69-70结论70-72参考文献72-75攻读硕士学位期间发表的学术论文75-76致谢76-77