圆柱孔端面机械密封的数值分析

发布时间：2020-10-18 17:56

　　 本文从圆柱孔端面机械密封的动力学分析入手,采用有限差分数值计算方法,深入研究了密封面操作参数和结构参数对液膜压力的影响。在此基础上,采用理论分析和数值计算的方法系统地开展圆柱孔端面机械密封的密封性能研究,主要研究内容和结论如下: 1)建立了圆柱孔端面机械密封的流体动力学分析模型,通过将参数无量纲化,采用有限差分法对圆柱孔端面机械密封进行了详尽地分析和参数研究,并利用MATLAB计算机软件得到了无量纲压力的三维分布情况。由计算分析可知,液膜无量纲平均压力随着液体粘度、流体压力和转速的增加、密封间隙的减小而增大。另外,微孔密度和微孔深径比对液膜平均压力有很大影响,对其进行优化,可使平均液膜压力达到最大。 2)对圆柱孔端面机械密封的密封性能进行了研究,推导出摩擦力矩的计算公式,并从理论上分析了微孔结构参数对开启力、液膜刚度、摩擦力矩和泄漏率的影响规律。结果表明:在微孔半径一定时,对微孔结构参数进行优化,可使密封性能达到最佳。 3)从理论上推导出操作参数对开启力、液膜刚度、摩擦力矩和泄漏率的影响规律。分析结果表明:在微孔半径一定时,对微孔操作参数进行优化,可使密封性能达到最佳。 总之,通过对圆柱孔端面机械密封的数值分析,得到了微孔结构的优化参数,为圆柱孔端面机械密封的进一步研究奠定了理论基础。
【学位单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2010
【中图分类】：TH136
【部分图文】：

从而极大的延长了使用寿命，使能源消耗得到有效降低。故激光技术被摩擦副表面的理想手段。.2 端面微孔机械密封的理论研究进展端面微孔机械密封是在普通机械密封的静环或(和)动环上加工出规则分小孔。在该结构中，由于静环表面有很多微孔，每个微孔就像一个微动。当两表面相对滑动时，表面间就会形成收敛缝隙流体膜层，在每个孔周围区域就会产生流体动压力，该流体动压力取决于微孔结构参数、滑动粘度、液膜厚度等。目前常见的端面微孔机械密封的结构主要有两大类微孔端面，即在整个静环端面或动环端面均加工微孔，如图 1-2 所示；另微孔端面，即仅在部分端面区域加工微孔，如图 1-3 所示[8]。

由图 3-5 和图 3-6 可知，在不同的微孔密度和不同微孔深径比下，无量纲平均压力随无量纲密封间隙的变化规律相同，即在无量纲密封间隙δ 从 0.07 变化到 0.015时，无量纲平均压力 Pav逐渐增大，且在无量纲密封间隙δ 较小时，无量纲平均压力Pav随无量纲密封间隙δ 的减小急剧增加；而无量纲密封间隙δ 较大时，无量纲平均压力 Pav随无量纲密封间隙δ 的减小上升缓慢，但此时无量纲平均压力 Pav已经较小。由此说明密封间隙较小时密封端面间的液膜压力对密封间隙的变化更为敏感。因此要获得较好的动压效应必须保持较小的膜厚，但同时要保持端面间的非接触，故密封端面的粗糙度水平在很大程度上制约着膜厚。无量纲密封间隙相同时，不同的微孔深径比，其无量纲平均压力有所不同，其中以 ε =0.07 时的值最大；同样，无量纲密封间隙相同时，无量纲平均压力随微孔密度的变化也不相同，其中在微孔密度 =S 0.4 时无量纲平均压力值最大。δ=0.05δ=0.04图 3-4 不同无量纲密封间隙下沿微孔中心线的无量纲压力分布Fig. 3-4 Dimensionless pressure distribution along pore center at various seal clearances

对于相同的无量纲操作参数，无量纲平均压力随微孔深径比和微孔密度的变化而变化，其中以微孔深径比 ε =0.07 和微孔密度 Sp=0.4 时的值最大。由无量纲操作参数λ 的定义(即parpU23μλ = )可知，在微孔半径 rp和环境压力 paλ=0.004λ=0.006图 3-7 不同无量纲操作参数 λ 下孔栏上的无量纲压力 P 分布Fig. 3-7 Dimensionless pressure distribution over pore column at various operating parameters31
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本文编号：2846617