干气密封系统角向摆动的稳定性及其振动响应

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1、振动与冲击第３０卷第３期ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＶＩＢＲＡＴＩＯＮＡＮＤＳＨＯＣＫＶｏｌ．３０Ｎｏ．３２０１１干气密封系统角向摆动的稳定性及其振动响应１１１，２３２张伟政，俞树荣，丁雪兴，韩明君，杜兆年（１．兰州理工大学石油化工学院，兰州７３００５０；２．兰州理工大学温州泵阀工程研究院，温州３２５１０５；３．兰州理工大学理学院，兰州７３００５０）摘要：干气密封系统角向摆动改变了动静密封环间的微尺度间隙，进而

2、影响了干气密封的密封性能，建立了角向振动下气膜－密封环系统的动力学模型，应用微扰法和龙格－库塔法求解气膜角向刚度、临界转动惯量和角向摆动的二维振动方程，获得了密封系统稳定时的密封结构参数范围，并分析了最佳稳定点和临界点振动响应。研究结果表明：在特例中螺旋角α＝７５°邻域内，存在着稳定区域α＝７４°３０′０６″～７５°１６′１０″，其最佳值为αｏｐｔ＝７４°５３′４８″。最佳稳定点振动响应为准周期运动，而临界点振动响应发生了混沌运动。关键词：干气密封；角向摆动；龙格－库塔法；稳定性；振动响应中图分类号

3、：ＴＨ１１３．１文献标识码：ＡＳｔａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｖｉｂｒａｔｏｒｙｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆａｎｇｕｌａｒｗｏｂｂｌｙｉｎｔｈｅｓｙｓｔｅｍｏｆｄｒｙｇａｓｓｅａｌ１１１，２３２ＺＨＡＮＧＷｅｉｚｈｅｎｇ，ＹＵＳｈｕｒｏｎｇ，ＤＩＮＧＸｕｅｘｉｎｇ，ＨＡＮＭｉｎｇｊｕｎ，ＤＵＺｈａｏｎｉａｎ（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖ．ｏｆＴｅｃｈ．，ＬａｎｚｈｏｕＧａｎｓｕ７３００５０，Ｃｈｉｎａ；２．ＷｅｎｚｈｏｕＲｅ

4、ｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｕｍｐａｎｄＶａｌｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖ．ｏｆＴｅｃｈ．，ＷｅｎｚｈｏｕＺｈｅｊｉａｎｇ３２５１０５，Ｃｈｉｎａ；３．ＳｃｈｏｏｌｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，ＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖ．ｏｆＴｅｃｈ．，ＬａｎｚｈｏｕＧａｎｓｕ７３００５０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅａｎｇｕｌａｒｗｏｂｂｌｙｏｆｄｒｙｇａｓｓｅａｌｓｙｓｔｅｍｃｈａｎｇｅｓｔｈｅｍｉｃｒｏｓｃａｌｅｇａｐｂｅｔｗｅｅｎｍｏｖｉｎｇａｎｄｓｔａｔｉｃｒｉｎｇｓａｎｄｉｎ

5、ｆｌｕｅｎｃｅｓｔｈｅｓｅａｌｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，Ｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｏｆｇａｓｆｉｌｍａｎｄｓｅａｌｒｉｎｇｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ａｎｄｔｈｅａｎｇｕｌａｒｒｉｇｉｄｉｔｙｏｆｇａｓｆｉｌｍ，ｔｈｅｃｒｉｔｉｃａｌｍｏｍｅｎｔｏｆｉｎｅｒｔｉａａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｔｗｏｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌａｎｇｕｌａｒｗｏｂｂｌｙｖｉｂｒａｔｉｏｎｅｑｕａｔｉｏｎｗｅｒｅｓｏｌｖｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄａｎｄｔｈｅＲｕｎｇ

6、ｅＫｕｔｔａｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｎｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｓｅａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ，ａｎｄｔｈｅｖｉｂｒａｔｏｒｙｒｅｓｐｏｎｓｅｓａｔｔｈｅｂｅｓｔｓｔａｂｉｌｉｔｙｐｏｉｎｔａｎｄｃｒｉｔｉｃａｌｐｏｉｎｔｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒｅａｒｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｐｏｉｎｔｆｉｅｌｄｓα＝７４°３０′０６″－７５°１６′１０″ｉｎｔｈｅｎｅｉｇｈｂｏｒｈｏｏｄｏｆｓｐｉｒａｌａｎｇｌｅα＝７５°，ａｎｄｔ

7、ｈｅｏｐｔｉｍａｌｖａｌｕｅｏｆｓｐｉｒａｌａｎｇｌｅαｉｓ７４°５３′４８″ｉｎｔｈｅｅｘａｍｐｌｅ．Ｔｈｅｖｉｂｒａｔｏｒｙｒｅｓｐｏｎｓｅａｔｔｈｅｂｅｓｔｓｔａｂｉｌｉｔｙｐｏｉｎｔｉｓｑｕａｓｉｐｅｒｉｏｄｉｃｍｏｔｉｏｎ，ｂｕｔｔｈｅｒｅｓｐｏｎｓｅａｔｃｒｉｔｉｃａｌｐｏｉｎｔｉｓｃｈａｏｔｉｃｍｏｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｒｙｇａｓｓｅａｌｓ；ａｎｇｕｌａｒｗｏｂｂｌｙ；ＲｕｎｇｅＫｕｔｔａｍｅｔｈｏｄ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙ；ｖｉｂｒａｔｏｒｙｒｅｓｐｏｎｓｅ［４－６］干气密封

8、动静环间气膜平衡间隙仅为３μｍ～年等分别用步进法、有限元法、近似解析法求解了５μｍ，显然间隙微小变化极有可能导致动静密封环间轴向微扰下气膜动态特性参数，分析了其轴向稳定性。［７］的干摩擦或泄漏量增大，因而保证气膜－密封环动态丁雪兴利用近似解析法求得了角向涡动气膜刚度的稳定性是干气密封可靠运行的关键［１］。Ｚｈａｎｇ、Ｍｉｌｌｅｒ［８，９］解析式，Ｅｔｓｉｏｎ通过试验和理论计算获得了在角向［２］和ｌａｎｄｅｒｓ建立了三自由度（１个轴向，２个角向）的微微扰下摆动自振频率约