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随着现代化工业的高速发展,旋转类机械设备广泛应用于化工和交通等众多生活领域,极大的提高了人们的日常生活质量。由于当下科学的发展趋势提倡人们对环境进行保护,实际工程应用中密封设备因工况参数愈发极端,作为旋转类机械的常用轴端密封已不能满足目前倡导趋势旋转类机械“零泄漏”的需求。但柱面螺旋槽气膜密封可适应低压、高速和高温等极端工况,且在工作过程中稳定性好、泄漏量少、服役寿命长等优良表现,成为旋转类机械轴端密封研究的新焦点,故柱面螺旋槽气膜密封系统的密封性能研究对提高轴端密封运转平稳性以及降低泄漏量具有重要意义。针对本课题所选的柱面螺旋槽气膜密封结构,在一系列的假设前提下,引进并推导了柱面螺旋槽气膜密封压力控制雷诺方程和气膜厚度控制方程,使用了Newton-Raphson迭代法和有限差分法,联合压力边界条件,耦合求解雷诺方程和气膜厚度方程。通过软件编程求解,发现柱面螺旋槽气膜密封的轴套上雕刻了一定数目的螺旋槽,可以提高密封装置的气膜浮升力和运转平稳性。计算结果表明:入口压力的增大、转速的提高以及槽数的增多对气膜浮升力的提高有益,但气膜厚度的变大和槽深的增大导致浮升力减小;泄漏量随转速的提高和槽数的增多而减小,随气膜厚度的变大、入口压力提高和槽深的增大而增大;气膜刚度随转速和压力的增大而增大,随气膜厚度的增大而减小,槽数和槽深的增大使气膜刚度先增大后减小。获得部分工况参数以及槽型参数对柱面螺旋槽气膜密封性能的影响规律,为接下来的柱面气膜密封性能试验测试做理论指导,从而降低试验成本。柱面螺旋槽气膜密封试验测试样机的设计基于背靠背式干气密封的样式,利用理论模型计算所得结果,作为搭建柱面螺旋槽气膜密封的试验测试系统提供理论指导。为最大限度获取实验测得的数值信号,实验过程中采取一些抗干扰措施来保护采集信号,选用符合试验测试工况的信号传输设备,将试验测试数据与数值计算结果进行对比。结果表明:在入口压力改变的工况下,气膜密封样机测试系统所测的气膜浮升力、泄漏量以及气膜刚度都是随压力的提高而增大,而且测量值和理论计算值都较为接近;其中气膜浮升力的最大相对误差为10.61%,泄漏量的最大相对误差为14.72%,气膜刚度的最大相对误差为16.27%;当电机以不同转速运转的工况下,气膜浮升力和气膜刚度是随转速的提高而增大,而泄漏量随转速的提高而减小,但减小的幅度并不大;其中气膜浮升力的最大相对误差为11.28%,泄漏量的最大相对误差为14.62%,气膜刚度的最大相对误差为13.02%。虽然数值之间存在一定的误差,但都在可接受范围内。故针对柱面螺旋槽气膜密封的密封性能进行了深入的研究,在实验测试中虽然存在一定的误差,但对比柱面气膜密封的密封性能试验测试结果和理论计算结果的数值走向趋势吻合性较好,从而验证文中的理论数值计算的正确性。针对柱面螺旋槽气膜密封性能受密封界面结构的影响显著,为使柱面气膜密封在周向上具有较好的浮升力,从而提高柱面气膜密封系统的密封性能和运转平稳性。引入气膜的承漏比T_k,用来表征柱面螺旋槽气膜密封的综合性能优良程度,为柱面螺旋槽气膜参数范围的选择提供一个标准,并且采用一维直接法中消去法进行槽型参数优化分析,结论如下:最优槽型参数组合为:螺旋角为28.5°,槽数为16,槽深为4.3μm,密封宽度为4.5mm。将优化前后的柱面螺旋槽气膜三维压力分布图进行对比,优化后的柱面气膜密封装置的局部压力更加显著,而且三维图形更加平整,毛刺较少。故槽型优化对柱面气膜密封装置的平稳性提高有较大帮助,并且螺旋槽槽型优化的研究成果可为今后柱面螺旋槽气膜密封理论模型修正以及试验测试定量分析提供参考依据。