将声发射技术应用于液膜密封端面状态监测时,声发射信号易受噪声影响、特征信号难以提取,为此提出一种基于奇异值分解和自适应变分模态分解(SVD-AVMD)的信号处理方法。该方法首先以奇异值分解消除信号中的随机强噪声影响,获取降噪信号,然后在不同模态数下对降噪信号作变分模态分解,并计算各模态分量与降噪信号之间的显著性水平,以显著性水平大于阈值作为分解的停止准则,最终达到获取最优模态分量的目的。结果表明:SVD-AVMD对各模态分量中心频率的捕捉能力以及对各模态分量的恢复效果均明显优于单纯的变分模态分解,能够滤除背景噪声的同时最大程度地保留有效信息;获得表征液膜密封端面状态的声发射信号,实现了对液膜密封端面状态的识别。

为探讨螺旋槽衍生槽型液体润滑端面密封性能,以中间开槽密封为研究对象,建立考虑质量守恒JFO空化边界条件的雷诺方程,采用有限差分法进行数值求解,对螺旋槽、二段槽以及三段槽的性能进行对比分析,探讨结构参数和操作参数对其泵送能力、动压承载能力以及空化情况的影响,计算域中槽区边界处的膜厚值采用调和平均处理。结果表明:在所给参数范围内,3种槽型的泵送率几乎均为正值,即均可实现上游泵送;三段槽的流体膜承载力受转速影响的程度明显小于另2种槽型;相同条件下三段槽更不易诱发空化,其次为二段槽;相比于螺旋槽和二段槽,三段槽受结构参数和操作参数的影响更小,具有更稳定的流体膜承载力及上游泵送性能。

针对航空发动机燃油增压泵接触式机械密封润滑失效问题,通过多物理场耦合仿真和试验分析人字槽液膜密封用于燃油增压泵的可行性。基于考虑粗糙度的雷诺方程、能量方程和热传导方程建立液膜密封多物理场模型,分析密封温度特性、泄漏特性等关键性能参数,并针对人字槽液膜密封开展密封性能试验研究。结果表明:与平端面接触式机械密封相比,人字槽型密封端面平均温度降低约50℃,有利于密封运行稳定性的提高;试验运行过程中密封各处温度稳定,泄漏量为0,满足燃油增压泵对密封的性能要求。

液膜机械密封能够实现降低或消除密封端面摩擦磨损和控制密封泄漏的双重目的,简要介绍了液膜机械密封原理,并根据原理将其归纳为非接触式液膜机械密封和微接触式液膜机械密封两大类。基于基本原理给出了强制引流、运动增压、空化抽吸和黏性反输等四大基本功能结构,对其进行了一一阐述,提出了实际应用中具体表面改形结构是基本功能结构组合应用的观点。根据上述观点设计出了一种经过了现场考核的端面结构型式,达到了减摩抗磨和控漏的双重预期效果,为液膜机械密封的研究、开发及推广应用提供了一些有益参考。

为研究高速、低温涡轮泵机械密封在两相状态下的膜压特性,基于均相流理论,建立包含热效应、离心惯性效应以及实际气体效应的机械密封流体膜轴对称相变模型,以液氧为密封介质分析离心惯性项对流体膜压力和相变的影响机制,研究工况参数对膜压系数的影响规律。结果表明:考虑离心惯性项时,外压式机械密封膜压有所降低,相变程度有所增大;等温条件下,随介质温度升高,膜压系数存在不稳定峰值,非等温条件时,介质温度的轻微变化将影响密封运行稳定;当介质温度大于90 K时,介质压力的增大虽使膜压系数减小,但也使密封稳定性增强;膜厚为2.0μm时存在膜压系数最大值,密封承载力较大但密封稳定性较差。

以少量常压煤油介质条件下涡轮泵用球面装配机械密封为对象,通过实验测试分析端面磨损形成机理。设计实验工装,实现金属环截面9点温度矩阵和石墨环座3位置轴向位移的测试,得到两种弹簧力条件下温升和位移演变数据,并对磨损端面进行光学显微观测和径向轮廓测量。结果表明:磨损深度以内径处最大,至靠近外径处一定宽度内无磨损;随转速的升高密封环轴向及径向温度梯度不断增大;两工况下密封环倾转热变形造成的端面间隙锥度约为2.5 mrad和7.5 mrad。对于该型式密封,有必要通过端面开设流体动压槽以形成主动泵入润滑等方法来改善流体静压润滑效应缺失造成的严重磨损。

针对航空发动机附件机匣传动轴端机械密封易提早失效的问题,提出在其端面开设激光脸槽型的改进方法,采用试验手段研究在喷油润滑条件下,激光脸机械密封的摩擦磨损特性、热特性及泄漏情况。自主设计可模拟喷油润滑工况的机械密封试验工装,定制可进行润滑油加热的集成型液压站作为辅助系统,分别进行变工况运转试验和长时稳态工况试验。结果表明:在变工况以及稳态工况运转条件下运转后动、静环端面均无明显磨损;在介质温度较为稳定的情况下,动环和轴套温度均能保持稳定;在整个试验过程中,机械密封均无泄漏发生,表明激光脸机械密封在喷油润滑工况下具备良好的热特性和密封效果。

接触式机械密封在运转中主要处于混合润滑状态,其端面间隙与表面粗糙度处于同一数量级。为探究混合润滑状态下接触式机械密封的摩擦磨损特性,分析端面温度和摩擦扭矩等性能参数受工况参数的影响规律,结合平均雷诺方程以及ZMC接触模型,求解混合润滑端面间的接触特性,建立混合润滑磨损模型,研究接触式机械密封在润滑条件下,摩擦特性参数随操作参数的变化规律,开展了相应的试验研究,并对理论分析结果进行验证。研究结果表明:随介质压力增加,微凸体接触力占比增加,通过改变端面间接触状态来改变摩擦状态;随转速增加,端面间接触状态不变,但转速加大了端面间磨损距离与温度,进而导致磨损加剧;在压力影响试验中,密封环温度和密封腔温度随压力变化成正比,且每次压力变化都使得密封环温度产生阶跃变化。所得结论对机械密封因过热和磨损导...

为进一步探索液膜密封端面空穴发生诱因及其影响规律,本文基于JFO(Jakobsson-Floberg-Olsson)空化边界,建立双坝区中间开螺旋槽的液膜密封物理模型,通过空穴可视化实验验证了程序算法的准确性,分析了不同空化边界下液膜密封的空穴特征。以密封面间润滑液体的液膜压力和密度变化为判据,探讨了槽深、槽角和槽数等参数对液膜始破位置、重生位置及空穴发生面积的影响。结果表明相比Half-Sommerfeld和Reynolds空化边界,基于JFO空化边界计算的空穴特征能更好地与实验结果相吻合;较大槽深和槽数,均缩小了液膜始破位置沿螺旋方向的空穴长度和液膜重生位置沿周向的空穴宽度,前者提升了两位置的空穴度,而后者降低了液膜重生位置的空穴度;槽角的增大,在扩大两位置空穴尺度的同时,提升了相应位置的空穴度;而液膜中空穴发生面积随槽深的增加线性降低,在较小槽...

运行工况的瞬时变化严重影响密封性能。利用Matlab建立密封环端面间隙液膜三维模型,采用有限差分法离散基于JFO空化边界条件的雷诺方程,应用SOR迭代求解液膜压力分布,进一步耦合求解雷诺方程与瞬态动力学方程,分析工况连续变化及压力扰动对密封瞬态特性的影响。结果表明相比于转速瞬时变化,压力瞬时变化过程中挤压效应对密封性能的影响更为显著,密封端面趋近速度越大,由液膜挤压产生的承载能力越高,端面流体被排出的速度越大;压力瞬时变化易引发静环轴向速度振荡,压差越大,振荡幅值越大;压力扰动情况下,空化率与泄漏量急剧突变后趋于稳定,压力突升相比于压力突降更易恢复稳定状态;摩擦扭矩在变工况过程中平稳变化,无较大幅度波动。