动压式机械密封性能研究

发布时间：2020-04-23 01:38

【摘要】： 随着现代工业生产的迅速发展,机械密封的密封环境发生了深刻的变化,使得机械密封的操作条件更加苛刻和多样化。高速高压(高参数)机械密封的实用化是当今研究的重要课题之一。动压式机械密封对生产中的一些高参数密封而言,是一种非常有效的措施。动压式机械密封是在密封环上开出各种形状的流体动压槽,利用流体动压效应在端面间产生一层极薄的流体膜,实现非接触,以改善密封端面间的润滑状况。与普通机械密封相比,动压式机械密封可以胜任普通机械密封难以达到的高参数工况,同时在普通工况下可大大降低密封面磨损,提高密封的可靠性,延长密封寿命。作为当今机械密封的高新技术,已广泛应用于离心泵、离心机、离心式压缩机和反应釜等过程装备上。在综合国内外大量文献资料的基础上,本文着重从计算流体动力学CFD的角度从整个未简化的流体力学控制方程出发,基于有限体积法,采用FLUENT软件对动压式机械密封流体膜的流场进行模拟计算,解决了微尺度和宏观尺度相结合而导致的网格划分的难点;应用RNG k-ε湍流模型、SIMPLE算法,计算了密封端面的压力分布、流体膜刚度和泄漏量等特性参数;求解模拟得到的流场与文献实验值相比较,得出了正确的流体膜压力场,并对密封特性做了相应的理论分析。通过对动压槽的优化设计,分析了密封面的槽深比、角度和槽长坝长比等变化时对密封特性的影响。
【图文】：

特性图,机械密封,特性

式中 ψ ——密封特性数，由密封型式决定；m ——指数，与动密封型式有关，如旋转端面密封 m = 1/ 2。摩擦系数 f 与密封准数G 的关系曲线称为斯特里贝克曲线，图1.1为机械密封 f -G特性。在摩擦学方面，斯特里贝克曲线作为划分机械密封端面摩擦副间的摩擦状态的重要依据，也是决定摩擦功耗、磨损量、摩擦发热量以及端面温度的主要影响因素。在实践中，摩擦系数多数是在一定条件下用实验方法求得，常常通过测试端面摩擦扭矩来计算摩擦系数。图 1.1 机械密封 f -G 特性摩擦系数 f 与密封准数G 都是说明机械密封的工作状况参数，但前者说明密封端面的摩擦工况，而后者不仅说明摩擦状态，同时也说明了状态的转变，成膜难易程度和流体膜的承载能力。1.2 流体动、静压润滑密封的流体润滑理论的主要内容是流体膜润滑，由流体膜承载保持密封和润滑的成

气体密封,端面

槽、斜直线槽和螺旋槽等，其中最常用的槽形为螺旋槽或其组合。流体动压力的产生，是依靠密封面间有相对运动时，槽的泵送效应和台阶效应。该类流体动压型机械密封可用于气相环境或液相环境，但其原理不尽相同，用在气相环境中即通常所说的干气密封，用在液相环境则为“上游泵送”机械密封。1.4.1 干气密封干气密封是指依靠几微米的气体薄膜润滑的机械密封,也称为气膜润滑密封。图 1.3所示为螺旋槽、V 形槽(或三角槽)和袋式槽干气密封结构,其槽深属微米级,其中螺旋槽最为常用。在动环和静环相对运动时,气体进入槽内,从外径到中心气体受到压缩,压力逐渐提高,在槽的根部形成局部高压区,气体压力产生的开启力足以平衡闭合力而使端面分离,并形成一定厚度的气膜，，从而使密封工作在非接触状态下。所形成的气膜完全阻塞了相对低压的密封介质泄漏通道，实现了密封介质的零泄漏。为了获得必要的台阶动压和输送动压效应,动压槽必须开在高压侧。
【学位授予单位】：大庆石油学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH136

【引证文献】