【正文】 氣膜軸向剛度測定氣膜剛度測定通過分別測量氣膜推力和氣膜位移而間接獲得，氣膜推力通過測定最大膜壓而獲得，即通過進(jìn)出口壓力和最大壓力的三點(diǎn)數(shù)值擬合拋物線曲線，求出拋物線曲線壓力方程，再積分求出氣膜推力。mm實(shí)測功率W理論功率W相對誤差%%%% 功耗隨壓力變化曲線可以看出隨壓力增大功耗增大，實(shí)際測試值偏大于理論計(jì)算值，%。在不同的介質(zhì)壓力條件下，用氮?dú)庾鳛楣べ|(zhì)其轉(zhuǎn)速為1450r/min。其主要原因?yàn)椋簩?shí)際產(chǎn)品的制造和安裝中存在的誤差增大了泄漏量；高壓力的動壓效果好，泄漏量小。 特性參數(shù)的測定結(jié)果與分析 泄漏量測定在不同的介質(zhì)壓力條件下，用氮?dú)庾鳛楣べ|(zhì)其轉(zhuǎn)速為1450r/min，分別測試了該產(chǎn)品的一級密封泄漏量，同時用公式計(jì)算了理論泄漏量，繼而求出了實(shí)測流量與理論流量的相對誤差值。它能使人們獲得振動的總強(qiáng)度（振級）的信息，而不能獲得振動頻率等其它方面的信息。 電渦流傳感器安裝示意本試驗(yàn)裝置采用測振儀可測出試驗(yàn)過程中的振動量，測振儀是用來直接指示位移、速度、加速度等振動量的峰值、峰一峰值、平均值或均方值的儀器。這個隨距離變化的振蕩電壓經(jīng)測振儀檢波、濾波和線性校正后變成了與位移成正比的電壓量。電渦流位移傳感器是一種常用的非接觸式位移傳感器，采用的是感應(yīng)電渦流原理。目前常用的測量方法有電容法和電渦流法。2）端面流體膜厚的測試技術(shù)流體膜厚測量實(shí)質(zhì)上是位移和振幅測量，但由于流體膜極薄，測量難度較大，一般位移傳感器難以對如此小的位移變化做出精確響應(yīng)，國內(nèi)外的密封工作者多年來對此做了大量的嘗試和研究。，其位置對應(yīng)于動環(huán)螺旋槽內(nèi)徑，對端面膜壓最大值進(jìn)行了測試。用于機(jī)械密封端面流體膜壓的測試，還有壓電式傳感器、電容式傳感器及電容式壓力傳感器。張家犀等將3個微型壓阻式傳感器沿靜環(huán)周向均布安裝于3處不同的徑向位置，對端面膜壓進(jìn)行了測試[52]。用開測壓孔的方法測量膜壓時，由于測壓孔的存在會使開孔部位的液膜流場發(fā)生改變，從而在測量結(jié)果中引入了誤差[4951]。的3個直徑為2 mm的通孔將流體引至壓力傳感器，對端面膜壓進(jìn)行了測量[48]。 氣膜剛度的測量技術(shù)氣膜剛度是指氣膜的推力與氣膜厚度或位移的比值，因而氣膜剛度的測定可通過分別測量氣膜壓力和氣膜位移而得到。JDN—～10V，量程為0～25Nm。機(jī)械密封端面摩擦扭矩的測試技術(shù)目前主要有支反力法和傳遞法。第三種是熱平衡法，即通過測量密封流體的循環(huán)流量Q和進(jìn)出口溫差ΔT來計(jì)算功耗：N=cQΔT，其中c為密封流體的比熱容。第二種通過測量轉(zhuǎn)矩M和轉(zhuǎn)速N、角速度ω，利用公式N=Mω來計(jì)算功率。第一種是測量電功率。金屬管浮子流量計(jì)是工業(yè)自動化過程控制中常用的一種流量測量儀表，它可用來測量液體，氣體以及蒸汽的流量，特別適宜低流速小流量的介質(zhì)流量測量。 泄漏量的測量技術(shù)使用承德熱河羅尼儀表有限公司生產(chǎn)的金屬管浮子流量計(jì)。這些轉(zhuǎn)速測量儀表都可把主軸轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電信號以利于輸出。 特性參數(shù)的測試技術(shù)近年來，干氣密封的端面氣膜特性研究雖然已取得了很大的進(jìn)展，但由于密封結(jié)構(gòu)和工況千差萬別，至今尚未形成完整的理論體系，干氣密封端面氣膜特性試驗(yàn)研究無論對密封理論體系的建立，或是對指導(dǎo)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)和使用均十分必要，而端面氣膜特性參數(shù)的測試則是試驗(yàn)中的關(guān)鍵技術(shù)[4446]。設(shè)備驅(qū)動程序是虛擬儀器系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是應(yīng)用程序和硬件接口的橋梁和紐帶。虛擬儀器系統(tǒng)是以軟件為核心的系統(tǒng)，所以軟件設(shè)計(jì)對虛擬儀器系統(tǒng)的開發(fā)至關(guān)重要。給用戶一個充分發(fā)揮自己才能、想象力的空間。虛擬儀器在通用計(jì)算機(jī)上加上一組軟件和硬件，使得使用者在操作這臺計(jì)算機(jī)時，就好像是在操作一臺由他自己設(shè)計(jì)的專用的傳統(tǒng)電子儀器一樣。虛擬儀器的核心是具備各種功能的軟件系統(tǒng)，通常包括計(jì)算機(jī)圖形軟件，數(shù)據(jù)處理軟件和顯示測量結(jié)果的測試系統(tǒng)軟件等。虛擬儀器的概念是20世紀(jì)九十年代初才提出來的，可具體描述為“虛擬儀器是利用現(xiàn)有的PC計(jì)算機(jī)、加上特殊設(shè)計(jì)的儀器硬件和專用軟件，形成既有普通儀器的基本功能，又有一般儀器所沒有的特殊功能的新型儀器”。一個儀器包括傳感器、信號處理器、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器、存儲器和內(nèi)部總線等專門化的電路，通過這些電路來轉(zhuǎn)換、測量、分析實(shí)際信號，并將結(jié)果以各種方式顯示[39]。 樣機(jī)總圖圖 樣機(jī)拆分圖 動環(huán)圖 靜環(huán)圖 干氣密封試驗(yàn)測試技術(shù) 測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)從測試系統(tǒng)發(fā)展史看，測量儀器經(jīng)歷了由模擬式儀器、分立元件式儀器、數(shù)字式儀器到虛擬儀器的發(fā)展過程。=R1/R2=（）/（）=槽數(shù) 12槽角 74186。測控系統(tǒng)測試的參數(shù)有：軸承振動、密封進(jìn)氣壓力及溫度、主軸轉(zhuǎn)速、密封腔溫度和密封泄漏量等。氣源部分包括兩臺30MPa的高壓氣泵、緩沖罐、過濾器、調(diào)壓閥和管路。成都一通密封有限公司擁有用于干氣密封動壓槽加工的專用設(shè)備和轉(zhuǎn)速達(dá)到18000r/min的高速離心壓縮機(jī)密封試驗(yàn)臺，同時公司還擁有動平衡試驗(yàn)臺、轉(zhuǎn)速為0500r/min的釜用密封試驗(yàn)臺、02900r/min的離心泵用密封試驗(yàn)臺。第6章 螺旋槽干氣密封特性參數(shù)的試驗(yàn)研究螺旋槽干氣密封特性參數(shù)的試驗(yàn)既是一個技術(shù)難點(diǎn)又是一個關(guān)鍵點(diǎn)。2）改變工況討論系統(tǒng)分岔問題，得到了系統(tǒng)分岔時的螺旋角數(shù)值，結(jié)果表明其螺旋角數(shù)值基本不變，說明改變工況其分岔點(diǎn)位置不變。13′26″時系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，當(dāng)α=75176。i為純虛數(shù)，解的曲線是極限環(huán)，發(fā)生Hopf分岔。=0時，計(jì)算得對應(yīng)螺旋角a=75176。43′4″時，為不等的負(fù)數(shù)，平衡點(diǎn)為穩(wěn)定的結(jié)點(diǎn)。當(dāng)c180。=2時，經(jīng)計(jì)算得對應(yīng)螺旋角a=74176。14′3″時，為不相等的復(fù)數(shù)，在復(fù)平面上有穩(wěn)定的焦點(diǎn)。＜2時，經(jīng)計(jì)算對應(yīng)螺旋角74176。 轉(zhuǎn)速上升和壓力增大時的分岔分析轉(zhuǎn)速nr=10380r/min上升至11096r/min，介質(zhì)壓力po =，其余參數(shù)不變。12′36″時，λ1，2=177。當(dāng)c180。＞2時，計(jì)算得對應(yīng)螺旋角a＜74176。38′35″時，λ1，2=1為相等的負(fù)數(shù)，平衡點(diǎn)為臨界結(jié)點(diǎn)。當(dāng)c180。38′35″＜a＜75176。分析結(jié)果如下：當(dāng)0＜c180。53′48″時，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，印證了本結(jié)論的正確性，在工程機(jī)械中可推廣應(yīng)用。13′26″時系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，由文獻(xiàn)[38]結(jié)果知當(dāng)螺旋角a=75176。 相圖若有必要，同樣可求出在平衡點(diǎn)處的Floquet指數(shù)。13′26″時，λ1，2=177。當(dāng)c180。＞2時，經(jīng)計(jì)算得a＜74176。41′34″時，λ1，2=1為相等的負(fù)數(shù)，平衡點(diǎn)為臨界結(jié)點(diǎn)。當(dāng)c180。41′34″＜a＜75176。1）無量綱氣膜軸向剛度[33]、軸向阻尼： 氣膜軸向剛度、軸向阻尼：，2）在特例工況下計(jì)算并擬合非線性軸向剛度和阻尼，即：（1）氣膜非線性剛度（）： （）（2）氣膜非線性阻尼（）： （）在這里只取常數(shù)項(xiàng)3）由軸向追隨性可優(yōu)化出彈簧剛度（） （） 方程的簡化將式（）（）（）代入（）中，兩邊同除以m得： 式中： ，，令，則方程變?yōu)椋? （）其中 ，簡化得： （）其中 ， 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 用Floquet指數(shù)方法研究系統(tǒng)分岔問題對（）系統(tǒng)，在無外激勵的條件下，系統(tǒng)的等價方程為： （）系統(tǒng)有兩個平衡點(diǎn)（0,0），在平衡點(diǎn)（0,0）處Floquet指數(shù)為 研究系統(tǒng)分岔問題的螺旋角范圍當(dāng)0＜c180。轉(zhuǎn)速nr =10380 r/min，黏度μ=105 Pa第5章 干氣密封氣膜密封環(huán)系統(tǒng)軸向動力穩(wěn)定性分析 基本方程的建立及求解（），即： （） 非線性氣膜動態(tài)參數(shù)的計(jì)算選取文獻(xiàn)Gabriel (1994)[36]中實(shí)驗(yàn)參數(shù)。結(jié)果表明在特例中靜環(huán)追隨動環(huán)振動響應(yīng)的范圍是：0＜ bf ≤，并在變工況下得到了驗(yàn)證，即改變轉(zhuǎn)速和介質(zhì)壓力的大小不會影響其臨界條件，但結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化會使臨界條件發(fā)生改變。說明結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化會影響追隨性臨界條件。依據(jù)此條件，靜環(huán)振動位移的振幅開始大于12μm。取追隨性系數(shù)bf=~，利用Maple程序求解方程（），得到了同相位、同周期的靜環(huán)振動時程圖和動環(huán)振動時程圖（）。變?yōu)?4176。 變工況下靜環(huán)振動追隨性臨界時程圖 bf由大到小依次變化，同樣根據(jù)追隨性條件|xdx|＜d，當(dāng)bf=，靜環(huán)振動位移的振幅開始大于7μm，說明改變轉(zhuǎn)速和介質(zhì)壓力的大小不影響其靜環(huán)追隨動環(huán)的臨界條件。 變工況下靜環(huán)振動追隨性分析將操作參數(shù)變化如下：轉(zhuǎn)速nr=10380r/min下降至3000r/min，介質(zhì)壓力po =，其余參數(shù)不變。7μm。考慮靜環(huán)振動的追隨性，令Ks=bfKg (bf=0~1)，取追隨性系數(shù)bf=~，并將（）、（）式代入方程（），進(jìn)而利用Maple程序求解，獲得了同相位、同周期的靜環(huán)振動時程圖（這里取bf =、）和動環(huán)振動時程圖（）。轉(zhuǎn)速nr =10380 r/min，黏度μ=105 Pa 氣膜密封環(huán)系統(tǒng)軸向振動模型其振動方程為： （） 式中：b 動環(huán)振幅 氣膜特性參數(shù)計(jì)算 氣膜軸向剛度計(jì)算無量綱氣膜剛度[33]： （） 氣膜剛度： （） 氣膜軸向阻尼計(jì)算無量綱氣膜阻尼： （） 氣膜阻尼： （） 特定工況下靜環(huán)振動分析選取文獻(xiàn)Gabriel (1994)[36]中實(shí)驗(yàn)參數(shù)。 軸向振動下氣膜密封環(huán)雙自由度系統(tǒng)動力學(xué)模型模型的假設(shè)： 1）將氣膜密封環(huán)視為雙自由度系統(tǒng)；2）把氣膜假想成線性剛度彈簧；3）動環(huán)的位移設(shè)定為簡諧振動。3）由于氣膜軸向和角向阻尼系數(shù)的近似函數(shù)表達(dá)式是一無量綱式，具有普遍意義，為螺旋槽干氣密封的動態(tài)非線性理論分析奠定了基礎(chǔ)?；疚呛?，說明建立的阻尼系數(shù)數(shù)學(xué)模型是合理的。45′47″和角向最佳螺旋角a=74176。 三種工作轉(zhuǎn)速的c180。是增大的，最大值a=74176。a關(guān)系曲線2）不同工作轉(zhuǎn)速的最佳螺旋角計(jì)算及分析將工作轉(zhuǎn)速nr減小為8 400r/min和7 200r/min,利用式（）得到3種工作轉(zhuǎn)速下的c180。46′7″。從圖可知，隨著po的增大，c180。45′47″。 三種密封介質(zhì)壓力的ca關(guān)系曲線2）不同工作轉(zhuǎn)速的最佳螺旋角計(jì)算及分析將工作轉(zhuǎn)速nr減小為8 400r/min和7 200r/min,利用式（）。從圖中可知，隨著po的增大，c增大其變化幅度越大且穩(wěn)定性較好，但螺旋角幾乎沒什么變化，仍為a=74176。a關(guān)系曲線 c180。最大。可得到螺旋角a=74176。 軸向阻尼系數(shù)與螺旋角、槽深比的關(guān)系曲面 ca關(guān)系曲線 cη關(guān)系曲線 角向阻尼系數(shù)通過Maple[37]對式（）進(jìn)行積分運(yùn)算，獲得角向阻尼系數(shù)c180?；疚呛?，說明建立的軸向阻尼系數(shù)表達(dá)式正確。由此可見a能使c最大，從圖上可知最佳的a=74176。為了更能顯示最佳值。 軸向阻尼系數(shù)通過Maple對式（）進(jìn)行積分運(yùn)算，得到了軸向阻尼系數(shù)c與螺旋角a、。轉(zhuǎn)速nr =10380 r/min，黏度μ=105 Pa同理由微擾動態(tài)壓力的復(fù)數(shù)虛部Im{K}=η（η1sinω+η2cosω）推得無量綱角向氣膜阻尼系數(shù)的計(jì)算式為： （） 特定工況下干氣密封阻尼系數(shù)的計(jì)算和分析選取文獻(xiàn)Gabriel (1994)[36]中實(shí)驗(yàn)參數(shù)計(jì)算阻尼系數(shù)。 （）式中：， ， ， ， ， ， ， ， 軸向阻尼系數(shù)的數(shù)學(xué)模型由微擾動態(tài)壓力的復(fù)數(shù)實(shí)部Re{K}=η（η1cosω+η2sinω）得到無量綱軸向氣膜剛度的計(jì)算式（）。通過動態(tài)穩(wěn)定性分析，獲得了穩(wěn)定性最佳的螺旋角，為動態(tài)優(yōu)化提供了理論基礎(chǔ)。 干氣密封與部分動密封的特點(diǎn)密封形式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)迷宮密封 ，壽命長 ，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高 ，抽氣強(qiáng)度不好控制，充蒸汽會加劇中間冷卻器的腐蝕浮環(huán)密封 ，壽命長 ，占地面積大，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高 機(jī)械密封 ，系統(tǒng)簡單 ，控制較容易 ，極限轉(zhuǎn)速受限制干氣密封 ，壽命長，可靠性高 ，不需要密封油系統(tǒng) ，供貨周期長，售后服務(wù)慢 ，但一旦出現(xiàn)事故，損壞通常比較嚴(yán)重，動環(huán)容易碎裂，修復(fù)難度大第3章 干氣密封螺旋槽潤滑氣膜動態(tài)特性參數(shù)的計(jì)算及分析由于微米量級的密封間隙極易受到外界干