激光加工多孔端面机械密封性能研究及结构优化

发布时间：2020-09-22 12:16

　　激光加工多孔端面机械密封是一种新型密封,它是在普通机械密封的端面上加工出微米级的小坑孔,能够实现非接触,具有良好的润滑性能和密封性能。然而,目前对激光加工多孔端面机械密封的研究很少有文献报道。本文通过建立激光加工多孔端面机械密封的理论分析模型,采用有限差分法求解雷诺方程,获得在给定工况下泄漏量、摩擦功耗等密封性能参数数值,并分析不同微孔深度h_p和微孔密度S_p对其密封性能参数的影响规律,得到微孔深度h_p和微孔密度S_p的最佳值。与此同时,进一步计算由多目标优化方法构建的液膜刚度与泄漏量之比——协调函数,获得最佳的端面结构参数值。主要研究内容和结论如下: 1.建立了激光加工多孔端面机械密封的流体动力学分析模型,根据假设,一个孔栏上的液膜压力分布可表征整个密封面上的液膜压力。将参数进行无量纲化,采用有限差分法对激光加工多孔端面机械密封进行了详尽地分析和参数研究,并利用VC++、Matlab计算机软件得到了摩擦功耗、泄漏量等密封性能参数值及刚漏比。 2.对激光加工多孔端面机械密封的摩擦功耗进行了深入研究,理论推导得到了在密封端面间为液体摩擦时端面间的摩擦功耗表达式。通过理论计算,研究了结构参数对摩擦功耗的影响。结果表明,在微孔半径一定时,对微孔深度和微孔密度进行优化,可使端面间的摩擦功耗最小。 3.理论推导得到了激光加工多孔端面机械密封的泄漏量计算公式,并进行了理论计算与分析,结果表明:微孔深度和微孔密度对密封端面间的泄漏量有很大影响。因此,为了增大密封动压效应,降低能耗,减少泄漏量,微孔深度和微孔密度应选择一合适值。 4.通过计算多目标优化方法构建的液膜刚度与泄漏量之比的协调函数,分析得到了最佳的端面结构参数值,为激光加工多孔端面机械密封工程优化设计提供了可靠的理论依据。
【学位单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2009
【中图分类】：TH16;TN249
【部分图文】：

返流,密封端面,泵送

Mtlller[62〕提出了一种新结构，采用激光技术在密封端面上加工出深度为l一10微米的吸入槽和返流泵送槽，称为“返流泵送(Retum一 flowpumping)”结构，如图1.11所示，并利用有限单元法分析了密封端面之间流体的流动及压力分布，同时对其进行试验，结果表明这种槽型具有较大的承载能力。犷封黔数渝罕送魂图1.11具有返流泵送槽的密封端面返流泵送的基本原理是:返流泵送槽和吸入槽收集密封边缘的液体进入密封端面间，在旋转端面的作用下，返流槽又拖曳端面间的液体沿槽边向密封腔流动。该设计结构能够在距离密封腔很近的区域(最多o.smm)产生附加静压力和附加动压力，使密封端面分离，实现密封端面之间的非接触。由于液体由返流泵送槽和吸入槽从密封腔进入到端面之间，最后又返流到密封腔，因此叫做“返流泵送”。吸入槽和返流泵送槽可以安置在同一密封面上，也可以分布于相对的两个密封面上，在后一种情况下返流结构和吸入槽周期性的交迭，可以产生更大的载荷承载能力。返流泵送密封结构具有以下一些优点:

端面,微孔

2.1.1端面微孔机械密封的典型结构目前常见的端面微孔机械密封的结构可分为两大类:一类是整个静环端面或动环端面均加工微孔，如图2.1所示;另一类是仅在部分端面加工微孔，如图2.2所示。犷弄琴了二是沸_姜图2.1端面全开孔图2.2端面部分开孔2.1.2端面微孔机械密封的工作原理密封副的静环或动环上加工出来的每一个微孔像一个微动力润滑轴承，当两密封端面相对运动时，在孔和孔周围区域则产生类似油楔的动压效应，当液体动压力与介质压力共同作用形成的密封开启力超过闭合力时，两密封端面完全分离，密封端面的摩擦为纯液体摩擦，使密封副的摩擦状态得到很大改善，从而达到优化密封性能的作用。2.1.3端面微孔机械密封的应用概况端面微孔机械密封最早于1997年11月安装在一家石油化学工业公司的泵上面。该密封副的材料分别为WC、C，用来密封一个转速为2955r/min、直径为62.5mm的轴，在密封介质为二甲苯和轻质烃、工作温度为266℃一320℃、排出压力为1.27MPa、压力差为0.62MPa的情况下成功的运行了3个月。1998年5月又将该密封装置成功应用到另外两台泵(分别用来输送轻质烃、甲醛)上。2000年Estion比较全面地介绍了激光加工微孔端面密封成功应用到泵的具体情况【““]。

开孔,端面,微孔

【引证文献】