上游泵送機(jī)械密封的性能及流固耦合研究.pdf

1、上游泵送機(jī)械密封是在普通機(jī)械密封的一個(gè)密封端面開(kāi)設(shè)泵送槽，兩端面在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生泵送效應(yīng)，將低壓側(cè)的液體反輸回高壓側(cè)，達(dá)到降低甚至避免泄漏的目的。眾多學(xué)者在密封性能以及優(yōu)化等方面進(jìn)行了比較深入的研究，但對(duì)流固耦合少有涉及。本文以上游泵送機(jī)械密封為研究對(duì)象，開(kāi)展了密封內(nèi)流場(chǎng)特性、單向流固耦合、雙向流固耦合分析及模態(tài)分析等理論研究，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。主要研究工作及結(jié)論如下:
　　 (1)采用Pro/E軟件建立螺旋槽上游泵送機(jī)械密封的

2、三維參數(shù)化模型，應(yīng)用Fluent軟件的動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)，同時(shí)考慮空化的影響，對(duì)機(jī)械密封微間隙內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了形貌參數(shù)和工況參數(shù)對(duì)液膜剛度和泄漏量的影響。研究表明:液膜厚度模擬結(jié)果與有關(guān)文獻(xiàn)測(cè)試結(jié)果基本一致，平均相對(duì)誤差為8％，驗(yàn)證了應(yīng)用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)計(jì)算機(jī)械密封液膜厚度的可行性;機(jī)械密封內(nèi)流場(chǎng)必須考慮空化問(wèn)題才能得到比較真實(shí)的內(nèi)流場(chǎng)特性;一定工況下的槽深為2～5μm，螺旋角為14°～18°，槽數(shù)為8～14，槽徑比為0.3～0.5時(shí)，密

3、封的性能較好，由此為本文后續(xù)研究選擇了較優(yōu)模型;液膜厚度、泄漏量和液膜剛度隨著轉(zhuǎn)速、介質(zhì)壓力的增大而增大。
　　 (2)采用激光加工技術(shù)進(jìn)行密封面微造型，對(duì)普通機(jī)械密封和上游泵送機(jī)械密封進(jìn)行了試驗(yàn)研究和對(duì)比。結(jié)果表明:與普通機(jī)械密封相比，上游泵送機(jī)械密封運(yùn)行穩(wěn)定性更好，泄漏量和摩擦扭矩更小，更適合用于高參數(shù)的場(chǎng)合。
　　 (3)建立了密封動(dòng)、靜環(huán)三維幾何模型，將由Fluent軟件模擬獲得的液膜壓力作為動(dòng)環(huán)端面的一個(gè)邊界條

4、件導(dǎo)入ANSYSWorkbench進(jìn)行單向流固耦合計(jì)算，在不同工況下對(duì)C石墨、SiC、WC和YWN8四種材料的密封環(huán)進(jìn)行了有限元對(duì)比分析。研究表明:最大變形發(fā)生在密封環(huán)端面螺旋槽頂端，而最大應(yīng)力發(fā)生于密封環(huán)背面的密封臺(tái)階處;最大變形和最大應(yīng)力幾乎不受轉(zhuǎn)速的影響，而受介質(zhì)壓力的影響比較明顯，且呈線性增加的趨勢(shì);與其他材料相比，動(dòng)環(huán)材料推薦優(yōu)先選用SiC。
　　 (4)建立了上游泵送機(jī)械密封的雙向流固耦合模型，得到了靜環(huán)的總變形和應(yīng)