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高压大流量水介质间隙密封特性研究

邹姜昆  
【摘要】:高压密封是各类高压柱塞泵关键控制因素之一,也是保证其可靠运行的关键部件。传统的曲柄连杆式高压径向柱塞泵常采用填料密封的密封形式,该密封方式具有摩擦大、效率低和寿命短等缺点。由此本文设计了一种非接触式的间隙密封,并采用绿色清洁的纯水作为工作介质。对水压环形间隙密封的密封机理进行了理论研究与仿真实验。该研究方法与结果对于设计往复式高压大流量水压柱塞泵的间隙密封提供了理论依据与指导。首先根据水压环形缝隙流动的基础理论,对水压环形间隙密封泄漏量进行理论分析。同时考虑到柱塞组件的运动速度与偏心倾斜状态,水介质的粘性效应与惯性效应、粘压效应和可压缩性。最后考虑到密封长度处于动态变化的情况下得到了泄漏量的理论计算公式。该理论计算公式与其余已提出的理论计算模型进行对比分析,由此得到泄漏量与容积效率的变化规律。随后,建立高压大流量间隙密封的三维仿真模型。通过FLUENT对其进行流场仿真,并分析了不同进口压力下水介质处于可压缩与不可压缩两种状态时的水压环形缝隙的泄漏量与容积效率的大小。通过计算的压缩泄漏流量得到了考虑水的压缩性后的压缩泄漏比重随压力变化的规律,揭示了介质压缩性对高压大流量间隙密封泄漏量与容积效率的影响规律。最后,通过ANSYS Workbench与FLUENT联合仿真对柱塞副综合变形进行仿真。分析了柱塞与柱塞套的径向压力变形,轴向压力变形、热变形和热-压耦合变形,并得到了它们各自的变形量。然后通过变形量分析了柱塞副泄漏量与容积效率随压力和温度的变化规律。


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