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新型动静压混合润滑机械密封性能研究

王彬  
【摘要】: 非接触式机械密封以其独有的特点广泛应用于石油化工领域,其中干气密封和上游泵送密封是依靠流体的动压效应来实现端面的非接触。本文研究的密封结构为动静压混合润滑机械密封,在动环上开设动压槽的同时又增加了静压槽,其理论基础来源于动静压混合润滑轴承。本文先以流体膜为研究对象,用GAMBIT建模软件建立了三维模型,并进行网格划分。在设定合理的边界条件之后,用流体力学软件FLUENT进行了数值计算,得出端面液膜的压力分布及速度分布。通过与静压和动压式密封对比,分析了操作参数(如封液压力、转速)对密封性能的影响规律。结果表明,该密封兼有动压与静压两种密封形式的特点,泄漏量小,液膜刚度大,适合于低速非接触密封。在此基础上分析了主要结构参数(动压槽深度、静压槽深度、动压槽宽比、静压槽宽比)对密封性能的影响规律。绘制了结构参数与端面开启力、两侧泄漏量的关系曲线,通过分析得出各参数的大致范围,从而对新型动静压混合润滑机械密封结构进行了优化。 本文又以动环、流体膜、静环为研究对象建立三维模型,对动、静环端面及流体膜的温度场进行了研究,分析了操作参数(转速,压差)对温度场的影响规律。发现该种结构的机械密封形式动静环端面温升最高不超过2K,其散热效果良好,有利于机械密封的长周期运行。为了验证数值模拟的准确性,本文设计了一套实验方案,得出定压力变转速和定转速变压力的条件下,两侧泄漏量的实验数据。通过对数据分析并与数值模拟结果进行对比,找出实验值与数值模拟值存在差别的原因,验证了数值模拟的准确性。


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