螺旋槽干气密封非线性动力学设计理论及方法的研究

干气密封内部气体流动的气膜平衡间隙尺度（典型值为3～5μm）为微米级。显然，间隙微小变化极有可能导致动静密封环间的干摩擦或泄漏量增大，因而保证气膜-密封环弹性系统动态稳定性是干气密封可靠运行的关键。本项目以波纹管（代替弹簧）、密封环和润滑气膜组成的动力学系统为研究对象，采用近似解析、数值模拟和试验研究相结合的方法，研究流固耦合系统非线性动力学问题，内容涉及系统轴向、角向及其耦合非线性振动稳定性分析和结构参数优化。一方面寻求提高抗振的弹性金属焊接波纹管波形参数，另一方面寻求稳定性好且泄漏量小的螺旋槽几何参数值最佳范围，实现结构参数控制失稳、分岔和混沌运动的设想。通过本项目研究为螺旋槽干气密封优化设计、稳定控制及故障诊断提供理论基础，这对螺旋槽干气密封安全可靠、 稳定和长周期运行具有重要的学术价值和工程应用前景。

干气密封内部气体流动的气膜平衡间隙尺度（典型值为3～5μm）为微米级。显然，间隙微小变化极有可能导致动静密封环间的干摩擦或泄漏量增大，因而保证气膜-密封环弹性系统动态稳定性是干气密封可靠运行的关键。本项目以波纹管（代替弹簧）、密封环和润滑气膜组成的动力学系统为研究对象，采用近似解析、数值模拟和试验研究相结合的方法，研究流固耦合系统非线性动力学问题，内容涉及系统轴向、角向及其耦合非线性振动稳定性分析和结构参数优化。寻求稳定性好且泄漏量小的螺旋槽几何参数值最佳范围，实现结构参数控制失稳、分岔和混沌运动的设想。研究结果表明：在静态优化出的螺旋角范围（70°-80°）内，存在着失稳点域，并在特定的螺旋槽结构参数范围内产生了混沌运动，通过选择合理的螺旋槽结构参数可以控制混沌。气膜压力、气膜厚度、泄漏量、功耗随着压力和转速的升高而增大；气膜和静环的位移量随着压力和转速的增加而减小；气膜的振动幅值很微小，特例中仅为0.04-0.16μm，说明静环追随动环性能较好；同时，气膜刚度随着压力和转速的升高而增加，反映出高压力、高转速下干气密封能够稳定运行。通过本项目研究为螺旋槽干气密封优化设计、稳定控制及故障诊断提供理论基础，这对螺旋槽干气密封安全可靠、 稳定和长周期运行具有重要的学术价值和工程应用前景。