液膜密封端面汽蚀机理及对密封性能影响研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51375497
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0505.机械摩擦学与表面技术
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Cavitation of the face in non-contacting mechanical seals lubricated by liquid film includes macroscopic cavitation caused by waviness, taper, inclination, etc. of the face, and microscopic cavitation produced by surface roughness. Said cavitatiion significantly affects the stability and reliability of the seal. This project aims to expand comprehensively theoretical and experimental study on the said cavitation. In the project, the physical model considering waviness, taper, inclination and roughness of the seal face is established firstly; secondly, based on the generalized Reynolds equation considering cavitation, the steady state characteristic parameters, such as the distribution of the fluid film pressure and temperature, bearing capacity, fluid film stiffness, friction coefficient, and the dynamic characteristic parameters, such as stiffness coefficient, damping coefficient under small perturbation condition is analyzed using the finite element method; thirdly, a dynamics model of the "rotor - bearing - seal" system is developed to derive the motion equations under the conditions of small perturbation, and then, the change regulation of the dynamic stability and the condition of the steady state of the system is got by investigating the dynamic stability; fourthly, using the multi-functional sealing experimental device, the real-time measurement of the characteristic parameters of the fluid film, such as pressure, thickness, stiffness, etc. is realized, to study the characteristics of the fluid film and stability of the sealing system on the simulated cavitation conditions, then to verify or amend the theoretical research. The study will elucidate the mechanism of the mechanical seal cavitation and the influence on the sealing performance. Furthermore, the foundation will be laid for the improvement of the theory and method about the design of mechanical seals, and the development of late-model liquid film mechanical seals with independent intellectual property rights used in the condition of high parameters.
非接触式液膜密封端面汽蚀包括由端面波度、锥度、倾斜度等导致的宏观汽蚀和由表面粗糙度产生的微观汽蚀,显著影响密封的稳定性和可靠性。本项目拟对其开展深入的理论及实验研究,主要涉及建立包括端面波度、锥度、倾斜度以及表面粗糙度的物理模型,基于考虑汽蚀的广义雷诺方程,采用有限元法分析流体膜的压力温度分布、承载能力、刚度、摩擦系数等稳态特性,微扰条件下流体膜的刚度系数、阻尼系数等动态特性;建立"转子-轴承-密封"系统动力学模型,推导其微扰条件下的运动方程,进而探讨其动态稳定性,得出其变化规律及稳态判定条件;利用多功能密封实验装置实时测量端面流体膜压力、厚度、温度等特征量,模拟研究汽蚀条件下液膜密封的流体膜特性及密封系统的稳定性,对理论研究进行验证或修正。该研究必将阐明密封汽蚀机理及对密封性能的影响规律,为提升完善机械密封设计理论和方法,进而研发具有自主知识产权的新型高参数液膜密封奠定基础。

结项摘要

非接触式液膜密封端面的宏观汽蚀和微观汽蚀显著影响密封的稳定性和可靠性。本项目基于广义雷诺方程,结合质量守恒空化边界条件,建立了考虑表面形貌与形状误差的液体润滑机械密封数学模型,揭示了各因素对空化区域初生及其演变的影响规律,进一步分析了空化汽蚀条件下流体膜的压力分布、承载能力、流体膜刚度、泄漏率等稳态特性参数的变化趋势;基于空化发生机制提出了周向斜面台阶结构以降低密封端面间液体流动发散区液膜压力损失,探讨了不同槽深时,斜面转角比对液膜压力、降低空穴发生及流体动压性能的影响,实现了对液膜空化现象的抑制;采用小扰动法及有限元法,研究了微扰条件下密封平衡位置处流体膜的刚度系数、阻尼系数等动态特性参数,进而改变端面波度、锥度等影响密封端面汽蚀的因素,得到了各因素对流体膜动态特性的影响规律;建立了螺旋槽液膜密封涡动-空化模型以探究液膜空化导致密封性能变化对“转子—轴承—液膜密封”系统动态稳定性的影响,借助计算流体力学软件对涡动工况下的密封性能进行仿真模拟,对液膜空化现象与密封环涡动之间的影响关系进行了分析;最后,基于自主设计的可视化实验装置对下游泵送螺旋槽密封空化特征进行实验研究,实现了对空化区域的可视化观察,探讨了油压和转速对不同螺旋槽密封液膜中空穴发生位置、空穴分布及空穴边界的影响。研究从根本上揭示了密封汽蚀机理及对密封性能的影响规律,丰富完善了非接触式机械密封的设计理论和方法,为研制开发适用于不同工况要求的高性能非接触式密封技术奠定了理论基础。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(3)
专利数量(8)
考虑空化效应的螺旋槽液膜密封特性数值研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    中国石油大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郝木明;庄媛;章大海;任宝杰;李振涛;杨丹丹
  • 通讯作者:
    杨丹丹
螺旋槽液膜密封端面空化发生机理
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    化工学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李振涛;郝木明;杨文静;曹恒超;任宝杰
  • 通讯作者:
    任宝杰
沟槽参数对螺旋槽液膜密封空化诱发影响分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    化工进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李振涛;王赟磊;郝木明;李勇凡;曹恒超;袁俊马
  • 通讯作者:
    袁俊马
基于CFD的端面空化对液膜密封稳态特性影响研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    润滑与密封
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李振涛;郝木明;杨文静;庄媛;王选盈;孙鑫晖
  • 通讯作者:
    孙鑫晖
考虑表面粗糙度的液膜密封空化及承载能力分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    润滑与密封
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李振涛;郝木明;曹恒超;杨文静;王赟磊;孙鑫晖
  • 通讯作者:
    孙鑫晖

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其他文献

扰变工况下不同织构表面机械密封瞬态特性分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    西安交通大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐鲁帅;王赟磊;张帆;郝木明;袁小阳
  • 通讯作者:
    袁小阳
螺旋槽机械密封瞬态启动过程润滑特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中国机械工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐鲁帅;王赟磊;张帆;郝木明;袁小阳
  • 通讯作者:
    袁小阳
扰变工况下不同表面结构机械密封瞬态特性分析
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    西安交通大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐鲁帅;王赟磊;张帆;郝木明;袁小阳
  • 通讯作者:
    袁小阳
液膜密封振动及冲击动力学特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    振动与冲击
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐鲁帅;郝木明;袁小阳;王赟磊;金英泽;李勇凡
  • 通讯作者:
    李勇凡

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郝木明的其他基金

航空发动机液膜密封-柔性转子动态交互影响特性研究及降漏减振控制
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    60 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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