干气密封螺旋槽的激光加工和动压效应分析.pdf

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1、150化工机械2012焦干气密封螺旋槽的激光加工和动压效应分析‘“杜鹏”1韩明君1丁雪兴1’2．张伟政L2(1．兰州理工大学；2兰州理工大学温州泵阀研究院)摘要采用激光加工法对螺旋槽干气密封端面动压槽进行加工，并进行端面压强的测试。在静环端面相隔120。且不同的径向位置安装3个传感器，测定端面螺旋槽沿着径向产生的压强。通过改变螺旋角、槽深和螺旋槽槽数来试验研究端面产生的动压效果。试验表明，采用激光加工方法能够得到很好的加工精度，达到样机试验的要求；在确定的工况下，当螺旋角在16。时产生的压强最大，压强随着槽深和槽数的增加而增大，最大压强在槽根部。关键词干气密封螺旋槽激光加工动压

2、效果中围分类号TQ051．1文献标识码A文章编号0254_6094(2012)02-0150-04干气密封是一种气体润滑非接触式端面开槽的机械密封，广泛应用于离心式压缩机、气体透平机及泵等高速、高压流体机械中⋯。我国的干气密封工业已有长足的发展，国产的干气密封产品正运行在某些大型或关键的设备上，有的还取代了进口产品。但是要进一步提高于气密封产品的档次，还必须从设计、材料及加工工艺等方面做许多工作，密封环端面流体动压槽的加工方法和i艺便是其中最突出韵艺个问题。微米级的浅流槽当槽深仅差几个微米时，对动压效果有很大影耐，因而精确力u-r_动压槽直接影响着干气密封的性能。影响螺旋槽干气

3、密封性能的因素还有端面的，，L何参数，例如螺旋角、槽深及螺旋槽槽数等。为了保证螺旋槽干气密封在最好的状态安全稳定运转，研究螺旋槽，槽深和槽数对端面压强的影响是重要的，以确保产生的动压效果达到最好，即刚漏比达到最大值，对端面安全稳定的运转有重要的作用。对于气膜压力的测量，MayerE较翠对机械密封端面间的流体膜压进行了测量尝试：通过在静环上开相隔900的3个直径为2ram的通孔将流体引至压力传感器，对端面膜压进行了测量H。。李宝彦等用不同直径测压孔进行比较，得到的结论是对于层流流动，开孔尺寸的影晦可以忽略；丽对于紊流流动，影响则相当显著。3。。宋鹏云等H’5。也采用开测压孔的方法

4、，对端面膜压进行了测量。用开测压孔的方法测量膜压时，由于测压孔的存在会使开孔部位的液膜流场发生改变，从而在测量结果中引入了误差。但以上未对槽深、槽数和螺旋角对端面压强的影响进行分析，笔者通过改变槽数、槽深和螺旋角对端面压强的影响进行分析，为今后的优化设计提供理论基础。1动压稽激光加工方法与工艺动压槽的形状复杂，结构精细且精度高，粗糙度要求也严格，尤其是加工动庄槽的密封环多是硬质材料，所以动压槽的加工困难很大，常规的机械加工法几乎无能为力。因而，人们探索了多种方法。“，主要有化学腐蚀、电火花加工、电镀法和激光加工法。激光打标系统由激光部分、振镜扫描头、控制系统及计算机等多部分组成

5、。激光部分由固体激光器和激光电源组成；扫描头曲能在x、y二维方向进行有序振动的振镜和平场聚焦镜组成；控制系统通过控制软件控觎整个激光打标系统。利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度，靠光热效应来加工各种材料，进行工业热加工的一种方法。该方法用于材料去除的实用化十浙江省科技计划项目(2008C21131)和温州市对外科技合作交流项目(H20080018)。${杜鹏，男，1972年3月生，工程师。甘肃省兰州市，730050。第39卷第2期化工机械15l加工有切割、打孔、动平衡及打标等，此时激光的功率密度可以高达107W／cm2以上，任何材料都能在极短的时间内被汽化、熔

6、化而被去除。与其他刻槽技术相比，激光加工适用面广，对不同材料、不同形状的加工表面均适合，具有工件无机械变形、无污染、速度快、重复性好及自动化程度高等特点。但是激光加工是一种瞬时、局部熔化、气化的热加工，影响因素很多，因此精微加工时，精度尤其是重复精度和表面粗糙度不易保证，必须进行反复的实验，寻找合理的参数，才能达到一定的加工要求⋯1。用激光加工密封环动压槽的工艺实际上是激光打标，这是一项较新的工作，目前生产厂家尚属保密阶段。激光打标就是利用激光束照射工件表面，雕刻上所需要的图形标记。其原理是：控制系统的计算机将编辑好的图形转换成电信号，按一定的频率分别传送到振镜和激光器，在一系

7、列信号的控制下，振镜在X、Y二维进行有序振动，使激光点扫描出相应的图形，与此同时激光器在电信号的控制下，发出一定频率和能量的激光脉冲，将激光焦斑扫描出的图形刻蚀在工件上¨。，激光加工动压槽和样机总图如图1、2所示。图2样机总图2试验方法笔者只对端面压强参数的测定方法和测试结果进行分析，图3为静环安装传感器相对于动环部位的分布情况，实验采用中航公司生产的泄漏气压变速器cs(3套)和气膜压力传感器(3套)匹配对端面气膜压力的测量。旋转方向震飞k∥二乡少量少图3端面安放传感器分布NI公司提供的应用