动压型机械密封液膜汽化特性及性能研究
发布时间：2020-08-07 18:33
【摘要】：间隙液膜汽化是液体润滑动压型机械密封研究和应用中不可回避的问题,甚至已成为其应用到更高工况参数的障碍之一。液膜发生汽化时,不仅会影响到机械密封的密封性能,还会导致密封运行不稳定甚至过早失效。目前,对于机械密封液膜汽化问题的研究,无论理论研究还是工程应用研究都远未成熟和完善。因此,本文针对液体润滑动压型机械密封液膜汽化问题进行理论分析及建模,开展密封液膜汽化特性及其对密封性能的影响机理及规律的研究,以期为提高密封稳定性、改进密封性能和规避因汽化导致的密封失效等提供理论参考依据。本文主要研究工作及结论如下:1、本文以上游泵送液体润滑机械密封为具体研究对象,在考虑水的饱和温度与压力的关系、黏温效应、牛顿流体内摩擦效应的基础上,建立了动压型机械密封液膜汽化计算模型,并验证了计算模型的有效性。2、基于已建立的动压型机械密封液膜汽化计算模型,在考虑饱和温度与压力关系的基础上,研究了密封介质的黏温效应和流体内摩擦效应对机械密封液膜汽化特性的影响关系。结果表明:黏温效应和流体内摩擦效应对机械密封性能的影响主要通过介质粘度发生作用。在考虑饱和温度与压力关系的情况下,忽略黏温效应会对机械密封液膜汽化特性产生很大的影响,尤其在较高转速条件下,会使计算结果明显偏离理论实际。3、研究了运行工况及液膜厚度对机械密封液膜汽化特性及密封性能的影响规律。结果表明:液膜内的平均汽相体积分数随介质温度的升高而增大,其变化速度开始较为平缓,然后在某一温度会发生突变,开始急剧增大,并且其突变点的温度值随转速的增大而增大。膜厚为3μm和4μm时,平均汽相体积分数随转速增加先迅速降低,然后在某一转速时发生突变,开始缓慢增加;而膜厚为2μm时,则始终随转速的增加逐渐降低。平均汽相体积分数随介质压力的升高而降低,并且介质温度越高,降低的速度越快。开启力、泄漏量和摩擦扭矩变化趋势的突变点与平均汽相体积分数发生突变的位置相一致,说明液膜的相态变化对机械密封的性能具有显著影响。介质压力一定时,不同转速和介质温度匹配关系下,液膜的相变核心区域是不同的;介质温度较高,转速也较高时,相变核心区域向上游侧、迎风侧移动。4、对机械密封液膜汽化问题进行了瞬态计算,并简要分析了机械密封液膜汽化对密封失效的影响。结果表明:密封开始运行后,液膜内的平均汽相体积分数在几毫秒之内迅速增大,开启力、泄漏量、摩擦扭矩等的变化趋势与平均汽相体积分数密切相关。液膜汽化时,汽泡的生长和溃灭以及高低温交变热应力都会对密封环材料造成损伤,导致密封环损坏失效。无论外部因素还是内部因素都会引起机械密封的液膜失稳而导致密封失效,但其本质都是因为两相混合润滑的不稳定性。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH136
【图文】：
第一章 绪 论1.1 研究背景及意义1.1.1 研究背景机械密封是由一对或数对动环与静环组成的平面摩擦副构成的密封装置，在泵、缩机、反应釜、搅拌器、转盘塔、离心机和过滤机等工艺设备上得到了广泛应用[1]，基本结构如图 1.1 所示。机械密封最早是 1885 年在英国以专利形式出现的[2-3]，1900 开始应用。在这一百多年的研究应用过程中，机械密封的密封机理不断发展，并为机密封的设计制造与优化改进提供了理论依据，密封性能得到了不断提升，其优越性得越来越多用户的接受，应用范围也得到不断拓展。目前，在国内，机械密封在工业用中的应用达到了 70%-80%[4]，工业发达国家，例如美国采用的旋转机械动密封装置中机械密封应用率达到了 90%以上[5-6]。
图 1.2 Xue Bing 等的空化实验结果[15]Fig.1.2 Cavitation test of Xue Bing过 N-S 方程推导出了雷诺方程，描述了流体动压述机械密封端面液膜内的空化现象，因此，作为对提出完善了流体动压润滑的空化模型。这四种边mmerfeld、Reynolds 和 Jakobsson-Floberg-Olsson（界条件与工程实际不符[17]，已几乎不再使用。潘械密封（LST-MS）的动压分析理论模型，对 化边界条件进行了比较，认为 Reynolds 边界与 ，而 Half-Sommerfeld 边界条件预测的精度则很差ing 等[15]研究发现，Reynolds 空化边界条件下的的压力分布和流体承载力，但 JFO 空化边界条件 等[21]开发了一个三维热流体动力学（THD）CF
主要有四种类型：气 - 液两相流，液 - 液两相流，气 - 固两相流和液 - 固两相流，如图2.1 所示为几种多相流动结构示意图。多相流总是由两种连续介质或一种连续介质和若干种不连续介质组成[66]。连续介质称为连续相，不连续介质称为分散相（或非连续相）。（a）弹状流 （b）气泡流、含液滴流或带粉气流 （c）沉降（d）分层或自由表面流 （e）流化床 （f）气动输运、水力输运或渣浆流图 2.1 多相流流动结构示意图Fig.2.1 Multiphase flow regimes目前应用较多的多相流连续介质力学模型主要有：单流体模型、多（双）流体模型
本文编号：2784362
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH136
【图文】：
第一章 绪 论1.1 研究背景及意义1.1.1 研究背景机械密封是由一对或数对动环与静环组成的平面摩擦副构成的密封装置，在泵、缩机、反应釜、搅拌器、转盘塔、离心机和过滤机等工艺设备上得到了广泛应用[1]，基本结构如图 1.1 所示。机械密封最早是 1885 年在英国以专利形式出现的[2-3]，1900 开始应用。在这一百多年的研究应用过程中，机械密封的密封机理不断发展，并为机密封的设计制造与优化改进提供了理论依据，密封性能得到了不断提升，其优越性得越来越多用户的接受，应用范围也得到不断拓展。目前，在国内，机械密封在工业用中的应用达到了 70%-80%[4]，工业发达国家，例如美国采用的旋转机械动密封装置中机械密封应用率达到了 90%以上[5-6]。
图 1.2 Xue Bing 等的空化实验结果[15]Fig.1.2 Cavitation test of Xue Bing过 N-S 方程推导出了雷诺方程，描述了流体动压述机械密封端面液膜内的空化现象，因此，作为对提出完善了流体动压润滑的空化模型。这四种边mmerfeld、Reynolds 和 Jakobsson-Floberg-Olsson（界条件与工程实际不符[17]，已几乎不再使用。潘械密封（LST-MS）的动压分析理论模型，对 化边界条件进行了比较，认为 Reynolds 边界与 ，而 Half-Sommerfeld 边界条件预测的精度则很差ing 等[15]研究发现，Reynolds 空化边界条件下的的压力分布和流体承载力，但 JFO 空化边界条件 等[21]开发了一个三维热流体动力学（THD）CF
主要有四种类型：气 - 液两相流，液 - 液两相流，气 - 固两相流和液 - 固两相流，如图2.1 所示为几种多相流动结构示意图。多相流总是由两种连续介质或一种连续介质和若干种不连续介质组成[66]。连续介质称为连续相，不连续介质称为分散相（或非连续相）。（a）弹状流 （b）气泡流、含液滴流或带粉气流 （c）沉降（d）分层或自由表面流 （e）流化床 （f）气动输运、水力输运或渣浆流图 2.1 多相流流动结构示意图Fig.2.1 Multiphase flow regimes目前应用较多的多相流连续介质力学模型主要有：单流体模型、多（双）流体模型
【参考文献】
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本文编号：2784362
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