[发明专利]干气密封拟合曲线槽型线的生成方法

说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及干气密封动环端面槽型线生成技术。

背景技术

干气密封利用流体的动力学原理, 通过在密封面上开设动压槽而实现密封端面的非接触运行, 是目前旋转机械（如：压缩机、离心泵）轴端密封中最先进的, 密封效果较好的一种密封装置。干气密封机理的研究主要集中在流体动压效应的技术问题上，设计的关键是如何设计密封面开槽的几何形状及几何参数，这直接影响到密封运行的可靠性和稳定性。目前在已知的槽型曲线中动压效果和密封性能最佳的是螺旋线形。然而，螺旋槽的性能研究只考虑了它的结构参数，并没有考虑具体的工况。因此在工程实践中，螺旋槽干气密封使用并不理想，尤其是在低速、低压时常常出现干气密封失效现象:如磨损、泄漏量大。

发明内容

本发明的目的是提供一种干气密封拟合曲线槽型线的生成方法。

干气密封拟合曲线槽型线的生成方法，其步骤为：

（1）推导两光滑平板间干气密封微尺度流动场的非线性雷诺方程；

（2）确定无滑移边界条件下气体的周向速度和径向速度；

（3）对非线性雷诺方程近似求解，得到气膜压力的近似解析式；

（4）通过Maple软件求解极坐标下的流线方程和气膜压力的近似解析式，得到拟合曲线。

 本发明与背景技术相比，具有的有益的效果是：气膜厚度为3～5μm时，在三种工况下：高压高速、中压中速、低压低速，拟合曲线槽的动压效果比螺旋槽好，泄漏量比螺旋槽小。

附图说明

    图1是本发明的拟合曲线槽干气密封动环端面二维模型示意图；

图2是本发明的拟合曲线和螺旋线比较示意图。

具体实施方式

1．非线性雷诺方程的推导

N-S方程的一般式：                                                ，

式中：：气体密度，：润滑层中气体总速度，：气膜推力，：拉普拉斯算子，：润滑层中的压力，：气体的动力粘度；

对于气体而言，忽略外力项F，则：；

两板间隙间气体流动力学模型假定如下：

（1）气体为等温流动；

（2）间隙内流动为层流；

（3）惯性力项与压力斜率项相比小得多，即式左边可以忽略；

（4）主要的粘性力仅是，项，其他项可以忽略；

（5）Z方向的速度w可以忽略，即间隙厚度方向压力一定。

由以上假设，可得简化的直角坐标系中N-S方程：

                               （1）

                                （2）

考虑无滑移边界条件z=0时     u=u₀ ， v=0                         （3）

z=h时     u=0 ， v=0                         （4）

式中：，：轴的转速，：密封环内径，:密封层厚度，:周向速度，：径向速度；

连续性方程：      ，

稳态：          ，，，

式中：：轴向速度 ，，P:无量纲压力，：环境压力，

积分式：                                        （5）

气体状态方程：                                             （6）

式中：T:气体温度，R：气体常数，

由式（1）～（4）求出u、v：

                          (7)

                                 （8）

再将其代入（5），并利用（6）式得雷诺方程：

                       (9)

极坐标下的流线方程为：                                   （10）

式中：r：密封环的半径，

将（9）式无量纲化则为：

                              （11）

x为半径为R_i的圆弧坐标，y为垂直圆弧的极径；