螺旋槽干气密封稳态特性分析模型的对比研究

doi:10.3901/JME.2017.23.007

机械工程学报 ›› 2017, Vol. 53 ›› Issue (23): 7-13.doi: 10.3901/JME.2017.23.007

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螺旋槽干气密封稳态特性分析模型的对比研究

胡松涛, 黄伟峰, 刘向锋, 王玉明

清华大学摩擦学国家重点实验室北京 100084

收稿日期:2016-03-28 修回日期:2017-04-07 出版日期:2017-12-05 发布日期:2017-12-05
通讯作者: 刘向锋(通信作者),男,1961年出生,博士,教授,博士研究生导师。主要研究方向为机械设计与机械密封。E-mail:liuxf@tsinghua.edu.cn
作者简介:胡松涛,男,1989年出生,博士研究生。主要研究方向为机械密封。E-mail:HSTTAOTAO@163.com;黄伟峰,男,1978年出生,博士,副研究员。主要研究方向为机械密封。E-mail:huangwf@tsinghua.edu.cn;王玉明,男,1941年出生,博士,教授,博士研究生导师,中国工程院院士。主要研究方向为流体密封技术。E-mail:yumingwang@tsinghua.edu.cn。
基金资助:
国家科技支撑计划（2015BAA08B02）和国家重点基础研究发展计划（973计划，2012CB026003）资助项目。

Applicability Analysis of Steady-state Models for Spiral Groove Gas Face Seals

HU Songtao, HUANG Weifeng, LIU Xiangfeng, WANG Yuming

State Key Laboratory of Tribology, Tsinghua University, Beijing 100084

Received:2016-03-28 Revised:2017-04-07 Online:2017-12-05 Published:2017-12-05

摘要/Abstract

摘要： 干气密封的稳态特性是密封设计中的重要依据和指标。干气密封稳态特性可通过基于轴向力平衡的静态模型和轴向-角向耦合的动态模型两种途径获得。基于上述两种模型间存在的差异点，就动环偏摆角、静环静态偏摆角和副密封阻尼展开参数研究，讨论两种模型计算所得的稳态特性（膜厚与泄漏率）之间存在的差异，进而给出它们在干气密封稳态特性研究中的适用性分析。计算中，动力学方程和流场方程分别采用有限差分法和有限元法进行离散求解，以膜厚与泄漏量为稳态特性的主要指标。结果表明，当副密封阻尼较小时，角向偏摆角对于静环稳态特性的影响极小，可用静态模型来近似动态模型，以简化计算过程和缩短计算时间。而当副密封阻尼较大时，密封动静环的角向相位差较大，显著地影响密封静环的稳态特性，使用静态模型获得的结果与动态模型的结果差别较大，而且此时前者无法反映由于静环角向追随性较差引起两环端面易发生接触的问题，因此大阻尼情况下宜采用动态模型。

关键词: 干气密封, 螺旋槽, 稳态特性, 阻尼

Abstract: The models of gas face seals for stead-state response analyses could be categorized into two basic models:equilibrium of axial forces static model (EAFSM), and axial-angular dynamic model (AADM). A parameter investigation including angular element and damping of secondary seals is carried out to gauge the difference between computing results of aforementioned models and to give themselves respective scope of application. The study shows that damping of secondary seals has much more remarkable influence on steady-state performance of face seals than angular tilt angles for its enormous effect on phase difference in angular modes. Even though the influence of rotor tilt angle and static stator tilt angle is feeble compared with damping, it cannot be ignored for the existence of damping. Therefore, when damping of secondary seals is enough small to neglect its effect on phase difference, EAFSM could be adopted to take place of AADM for time saving in practical project.

Key words: damping, gas seal, spiral groove, steady-state performance

中图分类号:

TH136

胡松涛, 黄伟峰, 刘向锋, 王玉明. 螺旋槽干气密封稳态特性分析模型的对比研究[J]. 机械工程学报, 2017, 53(23): 7-13.

HU Songtao, HUANG Weifeng, LIU Xiangfeng, WANG Yuming. Applicability Analysis of Steady-state Models for Spiral Groove Gas Face Seals[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2017, 53(23): 7-13.

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螺旋槽干气密封稳态特性分析模型的对比研究

Applicability Analysis of Steady-state Models for Spiral Groove Gas Face Seals

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