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《微机械端面密封中缝隙漏气量的计算与分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、第20卷第4期机械设计与研究Vol.20No.42004年8月MachineDesignandResearchAug.,2004文章编号:1006-2343(2004)04-047-03微机械端面密封中缝隙漏气量的计算与分析谭书华,沈坚,张利祥,杨丽辉(上海交通大学机械与动力工程学院,上海200030,E-mail:shuhua-0733@sjtu.edu.cn)摘要:建立了微型机械端面密封中通过同心缝隙漏气量的计算数学模型,并以微型涡轮发动机为例,通过计算得出了在不同缝隙高度下其端面密封中通过同心缝隙的漏气量与转速的关系曲线,最后导出了由于入口惯性效应所引起的压力损失与缝隙漏气量的计
2、算关系式,分析研究了考虑入口惯性效应后的漏气量与转速变化的规律。关键词:端面密封;漏气量;惯性效应中图分类号:TH136文献标识码:A流体密封包括流体动密封和静密封,是机器、设备的重式中,w为沿轴线的平均速度。要组成部分,是流体动力机械中不可缺少的零部件。密封技1.4流体阻力系数可按伯拉休斯公式计算-n术虽然不是领先技术,但往往是决定性技术。这不仅仅关系CMhK=n=C到机器设备的安全性、可靠性、耐久性,而且还直接关系到能ReM源和物质的节约问题。据统计在整个能源消耗中,各种流体式中,C、n实验系数。动力机械占据的比重最大,由于这些机械的内部或者外部泄1.5缝隙的一个壁面上的总切应力-
3、n漏,往往容积效率低且损失达总功率的10%以上,小型机器121Mh2S=KQM=CQM(6)88M甚至达到40%~50%。近年来,对密封中通过间隙的泄漏其轴向分量为:流动机理的研究一直是叶轮机械内部流动研究的热点之一,-n[1~5]1Mh2w国内外的学者已经进行了许多工作,研究表明不同的间Sz=Scos(M,w)=CM2(7)8MM隙密封结构以及不同的间隙尺度将对叶轮机械的性能产生由上面两式可得到:不同的影响。对泄漏流动结构的合理组织和控制将提高流-nRMhM-newh动效率并拓展叶轮机械的工作范围,减少由于泄漏带来的损K=CMw=CReR,式中Re=(8)ezM失,特别是微通道气体燃
4、烧装置[6,7]中的端面密封对整个装z由全速公式得到:置的效率尤为重要。21/2Mhu11建立数学模型Re=M=Rez1+B2w在机械端面密封中,当同时存在环向(圆周方向)剪切流21-n-nu2动和径向压差流动时,其绝对流动为螺旋流动[8],实验表明,K=CRe1+B(9)z2w在这种场合下,随着转速的增加缝隙的流体阻力剧烈地增7其中n=0.24、m=7、B=,C=0.26(日本山田丰得出)加。由下列前提可计算流动阻力:8所以:1.1流道间隙高度,不论是圆周速度或者是轴向速度分量20.382Re的分布均为幂次规律,同时沿固定壁面(h=0)的流体圆周-0.247XK=0.26Re1+(1
5、0)z82Re速度u为:zu11/m式中,Ru1hu=(2y/h)(0[y[h/2)(1)e=2XM相对于运动壁面(y=h)时:如果不考虑入口损失,可认为径向压差$pF1=$p总时u12(h-y)1/m通过同心缝隙的流量为:u=u1-(h/2[y[h)(2)2h212$p总h2u1=XR1(3)q=2PR1Kl(11)Q式中,R1是轴半径,X是转轴角速度2h1.2相对于缝隙的一个壁面的平面圆周速度,按间隙的一2计算结果与分析半取平均值微型涡轮发动机转子的工作转速通常在一阶或二阶临h/21界转速以上,属于挠性转子。为了提高转子的可靠性,在设2u12m1u1mum=ymdy=BB=(4)[
6、9]hQ2h2m+1计中要尽量减少零件的数目,同时在计算整机的功率时,01.3对于缝隙的一个壁面的合成速度有下列公式确定就要考虑由于缝隙漏气所带来的损失,但是这部分损失取决2222u12u1于密封效果。所以针对高速旋转机械端面密封中存在的径M=w+B=w1+B(5)22w向压差流和周向剪切流,以微型涡轮发动机的转子端面密封结构为例子,采用上述理论模型,计算分析缝隙漏气量与转收稿日期:2004-01-15速、缝隙高度的变化规律以及缝隙阻力系数与缝隙高度的变基金项目:中国航天科技创新基金资助项目(2000-0519-07)48机械设计与研究第20卷化规律。计算中使用的微型机械端面的各种参数
7、为:燃气温度为1400k,缝隙长度和高度分别为L=3mm、h、径向压差为$Ps1=0.001MP、轴直径为1mm,结果得到了缝隙漏气量与转速、缝隙高度的关系曲线以及缝隙高度与缝隙阻力系数的关系曲线。w图3n=400000r/min时阻力系数与缝隙高度的关系曲线w图1h=0.03mm时漏气量与转速的关系曲线w图4h=0.03mm时阻力系数与漏气量的关系曲线的计算间隙漏气量时没有考虑气体的入口惯性效应所引起的压力损失,因此本文将分析气体入口惯性效应
