粗糙度对螺旋槽端面密封液膜空化及密封性能的影响

发布时间：2021-10-21 23:06

　　由于密封端面粗糙度在尺度上与密封间隙大小很接近,对间隙液膜流动特性和密封性能的影响已不可忽视。针对动压型机械密封端面粗糙度影响的研究,存在密封端面表面粗糙度模拟难度较大等问题,特别是对于微造型端面间隙润滑流体流动的模拟研究,其粗糙边界的模拟尚处于探索之中。为此,本文以液体润滑动压型机械密封液膜为研究对象,开展密封端面表面粗糙度对液膜空化特性及密封性能影响机理的研究,以期为高性能密封的深入研究和开发提供理论参考依据。主要研究工作及结论如下:1、以上游泵送机械密封为例,提出了密封端面粗糙度的一种近似表征方法,建立了涉及表面粗糙度和间隙液膜空化的润滑膜内部流场计算模型,并验证了计算模型的有效性。2、研究了表面粗糙度对上游泵送机械密封液膜空化特性及动压效应的影响规律。研究表明:密封端面粗糙微元形成的微尺度台阶效应会产生微观空化和动压效应,使粗糙区形成微小的高、低压交替压力分布;动环端面开槽区粗糙时,粗糙微元使槽内低压区压力得到一定的提升;粗糙微元的动压效应随转速增大、槽区粗糙度增大而增强;槽区粗糙度对液膜空化具有一定的抑制作用。动环非槽区粗糙度使外槽根高压区压力提升并向槽区、堰区和坝区明显拓展... 

【文章来源】：江苏大学江苏省

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

机械密封示意图

粗糙度对螺旋槽端面密封液膜空化及密封性能的影响8第二章表面粗糙度模拟及密封微间隙液膜流动建模为了研究密封端面粗糙度特别是粗糙程度较高的动压槽粗糙度对密封微间隙流体流动特性及密封性能的影响规律，首先要解决粗糙度模拟和液膜流动模型的建立问题。对于形貌高度随机的粗糙度表征问题，目前，虽然已有多种粗糙度模拟方法，但在涉及间隙流场数值计算时，随机粗糙边界的网格划分问题难以解决，为此，本章将采取规则粗糙表面对随机粗糙表面进行近似模拟，建立动压型机械密封微间隙三维粗糙液膜流动计算模型，为后续液膜空化特性及密封性能的研究奠定基矗2.1液膜物理模型本文以螺旋槽上游泵送机械密封为例，由于螺旋槽的存在，整个动环端面被划分为槽区、堰区和坝区。在密封运行过程中，端面间液膜的动压力和静压力所构成的开启力与闭合力达成平衡，另一方面，由流体泵送效应、动压效应提供的端面高压区将阻挡高压侧液体压差流动，从而达到减少或消除密封泄漏的目的。密封端面螺旋槽造型如图2.1所示，θg和θw分别表示槽区和堰区对应的圆周角。螺旋线的具体方程为：tanerri（2.1）式中，r和φ是螺旋线上对应点的坐标。图2.1螺旋槽端面结构示意图Fig.2.1Structuraldiagramofspiralgrooveendface螺旋槽造型端面密封的主要槽型参数有螺旋角α、槽深hc、槽径比β以及槽宽比γ等。（1）螺旋角α螺旋角α是指在螺旋线上任意一点切线与该点极径的垂直方向之间所夹的锐角。（2）槽深hc

?为了便于润滑膜内流场数值模拟计算，本文采取规则粗糙表面对随机粗糙表面进行近似模拟，建立密封微间隙三维粗糙液膜流动计算模型。具体方法为：采用四方体粗糙微元近似表征实际的粗糙微元；然后，利用ICEM软件对流体计算域进行网格划分，由于液膜的轴向和径向的尺度相差很大，故先借助Pro-E绘制带螺旋槽表面，再利用ICEM对涉及粗糙微元和螺旋槽的表面进行网格划分；最后，运用网格拉伸的方法完成具有近似粗糙边界的液膜网格划分。采用规则粗糙微元表征实际粗糙微元必然涉及规则粗糙微元的划分数目问题，对此说明如下：如图2.2所示，以动环开槽区端面粗糙模拟为例，将螺旋槽背风侧曲线沿周向顺时针旋转复制N条，考虑到螺旋线长度与槽周向弧长比较接近，故槽内径侧边界圆弧线也沿径向复制N条，从而将螺旋底面划分为N*N个细小近似粗糙微元，以粗糙微元的高度来表征实际粗糙度的标准差大小，从而获得近似的螺旋槽底粗糙表面。图2.2粗糙微元划分及其结构示意图Fig.2.2Roughmicroelementdivisionanditsstructurediagram由于微观结构的复杂性以及表面径向、周向与间隙方向在尺度上的跨度较大，所以采用以下方法进行网格生成：利用ICEM对微元织构面进行分组定义，再将这一系列微元织构面生成面网格，最后基于ICEM的面网格拉伸功能，将间隙液膜、槽区液膜、粗糙微元液膜分别拉伸三层、四层、三层，进而生成带有规则粗糙微元的液膜物理模型，这保证了网格的一致性。


本文编号：3449894