膜盒式机械密封阻尼设计研究

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1、第38卷第6期火箭推进Vo1．38，No．62012年12月JOURNALOFROCKETPROPULS10NDec．2012膜盒式机械密封阻尼设计研究李建克，陈杰，王少鹏(西安航天动力研究所，陕西西安710100)摘要：针对膜盒式机械密封膜盒存在疲劳裂纹的问题，以焊接膜盒为研究对象，在分析研究机械密封动力学模型的基础之上，提出了用增加阻尼来提高膜盒抗疲劳裂纹能力的方法，并给出了膜盒式机械密封阻尼设计规范，带阻尼的膜盒式机械密封通过了模态、振动试验和发动机热试车考核，并已应用到发动机的设计中。关键词：机械密封；膜盒；疲劳裂纹；动力模型中图分类号：V414—34文献标识码：A文章编号：167

2、2—9374f2012106—0041—05ResearchondamperdesignofweldedmetalbellowsformechanicalsealLIJian-ke，CHENJie，WANGShao—peng(Xi’anAerospacePropulsionInstitute，Xi’an710100，China)Ab~aet：Takingfatiguecrackoftheweldedmetalbellowsasanexample，amethodtoadddamperstoimprovethecapacityoftheantifatiguecracksispresentedb

3、asedontheanalysisofthedy-namicmodelformechanicalsealtoovercomethefatiguecrackexistingontheweldedmetalbellowsformechanicalsea1．Thedesignspecificationsoftheweldedmetalbellowsformechanicalsealaregiveninthispaper．Themechanicalsealstructurewithdampershaspassedthemodaltest，vibrationtestandassessmentofth

4、eenginehottest，andhasbeenappliedsuccessfullytotheactualprojects．Koywords：mechanicalseal；weldedmetalbellows；fatiguecrack；dynamicmodel(介质压力约0．5～2MPa)和动载荷大等环境中。0引言在这种高温高转速等恶劣工况条件下，膜盒式机械密封在密封性能、寿命和可靠性等方面，普遍火箭发动机涡轮旋转设备中采用的机械密封优越于弹簧式机械密封：弹簧式机械密封工作结构形式以膜盒式机械密封和弹簧式机械密封为温度为一50～200oC，膜盒式机械密封工作温度主，它们工作在转速高(转

5、速10000rpm以上)、为一190～450℃。膜盒不仅起着补偿及缓冲因动磨温度差大(温度约一200～500oC)、介质压力高损、轴向窜动及振动等原因产生的轴向位移，而收稿日期：2012—04—17；修回日期：2012—07—27基金项目：0901工程项目(2005AA722062)作者简介：李建克(1978一)，男，工程师，研究领域为机械密封设计42火箭推进2012年l2月且靠其自身弹力与介质压力一起对密封端面施加是朝向瞬时的最大膜厚点。一定的比压，达到密封的目的。因此膜盒对该类Z机械密封性能至关重要，研究并解决其薄弱环节，将极大地提高密封的寿命和可靠性。】厂在膜盒式机械密封使用过程中，

6、易出现膜盒膜片应力集中、膜盒失弹和膜盒破裂等问题，导致机械密封l生能不稳定和使用寿命较短。这几种薄弱环节中，膜盒出现疲劳裂纹危害最大，也最C难以解决。为此本文以膜盒为研究对象，针对其在工作中易出现疲劳裂纹等问题，在分析研究机y械密封动力学模型的基础上，提出设置阻尼器，提高膜盒抗裂纹的能力，以达到提高膜盒式机械密封寿命和性能的目的。密封动力学模型构建图1密封环运动模型Fig．1Movementmodelsofsealrings对于机械密封来讲，由于产品加工、装配以及系统自身振动等因素，导致密封动静环在因此静环的旋转坐标123在参考坐标系XYZ一定范围内做轴向振动和角度偏摆等复杂的运中的位置，

7、由z轴到3轴的章动角和轴到1动，这不仅影响密封性能降低寿命，而且容易轴的进动角沙来确定；图中为动静环初始时的导致密封零件发生损坏(如膜盒疲劳裂纹等)。轴向间距，静环振动在振动过程中其轴向距离为这种情况在高速运转的机械密封中情况更为严C=Co+Z。重：高速运转的设备振动主频高达几百赫兹甚1．2密封动力学模型至上千赫兹，该频率可能与密封固有频率接近由图1可知，机械密封可能出现3种形式的而发生共振；即使未发生共振，在高振动频率