核电站冷却剂主泵机械密封的流固热耦合研究

发布时间：2020-06-23 05:46

【摘要】：本文研究了一种应用于核电站冷却剂主泵的流体静压式机械密封,该类机械密封具有收敛的密封间隙,正常工作时,动静环之间形成完全的流体膜,通过收敛间隙的泄漏量被严格控制在一定范围内。同时,流体膜可以为摩擦副提供润滑和冷却,保证密封环可以长时间工作而不磨损,具有良好的稳定性。本文建立了密封间隙流场的计算模型,在密封闭合力一定的条件下,研究了密封端面结构参数对密封性能的影响,对密封端面结构参数进行了优化设计。研究结果表明,密封端面锥角和转折半径均对密封性能有显著影响。基于有限元分析方法,选用工程软件ANSYS,以密封组件为对象,研究了密封间隙的流场、温度分布、弹性变形和热变形。同时通过流场计算和密封组件热弹变形计算的自动迭代,实现了密封的流固热耦合分析。本文使用的流固热耦合模型综合考虑了密封组件之间的接触摩擦、预紧作用、热传导作用等,能够真实反映流体和密封结构之间的相互影响。与已有研究和文献的实验结果比较,具有较好的一致性。研究了密封端面结构参数、预紧力和转速等操作参数和压力、温度等环境参数对密封性能的影响,可以为静压式机械密封结构及操作参数的设计提供理论参考和依据。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH136
【图文】：

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1 被密封介质；2 动环；3 动环卡环；4 轴；5 机体；6 静环；7 弹簧；8 O 型密封圈图 1.1 机械密封示意图1.1.3 机械密封的分类按端面接触状态分，机械密封可分为接触式和非接触式机械密封[7]。（1）接触式机械密封：接触式机械密封的动环和静环端面运转时接触，被密封介质往往以穿漏、渗透或扩散等形式泄漏到密封副的另一侧。密封介质在压差或浓度差的作用下通过间隙而泄漏，其原因是密封环端面间存在微观或宏观间隙，因此可以通过减小密封间隙的方法提高密封性能。通常靠施加在密封环上的作用力使得密封面相互贴紧、接触甚至嵌合，密封面间隙在 0.5-1μm 之间。接触式密封可以消除间隙或使间隙为极小值，获得良好的密封性能，但缺点是用来克服摩擦的功耗较大，同时密封端面磨损比较严重，使用寿命比较短。（2）非接触式机械密封：非接触式机械密封的动环和静环端面不接触，正常工作时，端面间不存在固体的摩擦和磨损，因此寿命较长，同时也能达到很好的密封效果。非接触式密封可分为流体静压型密封和流体动压型密封。1）流体静压型机械密封流体静压型密封的密封副间运转时存在一定的间隙，运转时为全液膜流体状

密封面,流体静压力,端面,流体静压

利用密封介质的压力推开两个端面，从而形成密封闭合力与开启力平衡的密封，端面间液膜厚度一般大于 5μm。流体静压密封的端面形式有：（a）密封端面加工成锥面或者由于密封压力或温度的作用而产生变形，形成径向锥度而产生流体静压力，如图 1.2(a)所示。（b）密封面加工成各种形状流槽而产生流体静压力，如图 1.2(b)，(c)和(d)所示。

【引证文献】