基于渗流原理的机械密封静压渗漏特性分析

发布时间：2017-05-15 15:19

  本文关键词：基于渗流原理的机械密封静压渗漏特性分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前关于超高速燃气涡轮泵用机械密封旋转工况下的密封性能研究较为广泛,由于超高速燃气涡轮泵用机械密封长时间处于静压工况下,静压状态下的渗漏问题显得日益突出,对静压渗漏机理的研究迫在眉睫。静压工况下,机械密封两端面间流体处于混合润滑状态,采用适用于全膜润滑状态的雷诺方程描述密封端面间的流体流动具有一定的局限性。因此,本论文采用更适合描述混合润滑状态的多孔介质模型建立了接触式机械密封和开槽或开孔端面密封的静压渗漏模型,进行机械密封静压渗漏特性的理论分析以及相关的试验研究,为渗流理论在机械密封中的进一步应用奠定基础。首先,本文基于多孔介质模型建立了静压渗漏率解析模型和数值求解模型。通过塑性接触模型求解了平衡膜厚,进而求得端面间孔隙率和渗透率。通过在NS方程中添加粘性阻力项,推导得到解析求解模型;由数值分析软件COMSOL中的自由流动和多孔介质耦合流动模型得到数值求解模型。其次,以接触式机械密封为研究对象,分别用解析模型和数值模型求解了不同几何参数和物性参数对静压渗漏率的影响。结果表明,端表面粗糙度、介质压力、端面宽度、弹簧比压和介质粘度是影响机械密封静压泄漏率的主要因素,数值解和解析解的变化趋势一致;此外,搭建相关试验台进行了实验研究,验证了理论分析结果的可靠性。最后,以圆环槽和椭圆孔机械密封端面为研究对象,利用数值模型分析了圆环槽和椭圆孔几何尺寸对静压渗漏特性的影响。结果表明,圆环槽槽数、槽宽和介质粘度对渗漏率有较大影响,而槽深、槽坝宽和槽区粗糙度对渗漏率影响非常小,椭圆孔的倾斜角、长短轴比和介质粘度对泄漏率有较大影响,孔深和开孔区粗糙度对泄漏率的影响较小。本论文基于渗流原理建立了静压下机械密封端面间的多孔介质模型,系统分析了各几何参数和操作参数对渗漏特性的影响,为机械密封的渗漏特性分析开辟了新的思路,并对静压工况下的机械密封端面几何优化设计具有一定的理论借鉴意义。
【关键词】：机械密封 静压 渗漏 多孔介质 数值解
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH136
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 课题背景、目的及意义11-12
• 1.2 超高速燃气涡轮泵用密封型式研究现状12-16
• 1.2.1 接触式机械密封研究现状13
• 1.2.2 非接触式机械密封研究现状13-16
• 1.3 密封端面形貌对密封性能的影响16-19
• 1.4 密封界面间泄漏通道模型的研究现状19-21
• 1.5 存在问题21
• 1.6 研究内容21-23
• 第2章 基于多孔介质的机械密封渗流理论模型23-34
• 2.1 孔隙率和渗透率23-27
• 2.1.1 粗糙表面模型24-25
• 2.1.2 孔隙率25-26
• 2.1.3 渗透率26
• 2.1.4 平衡膜厚26-27
• 2.2 解析模型27-30
• 2.3 数值模型30-32
• 2.3.1 数值模型建立30-31
• 2.3.2 网格密度对计算结果的影响31-32
• 2.4 本章小结32-34
• 第3章 基于多孔介质模型的接触式机械密封静压渗漏特性分析34-45
• 3.1 几何参数和操作参数对平衡膜厚的影响34-36
• 3.2 几何参数和操作参数对孔隙率的影响36-38
• 3.3 几何参数和操作参数对渗透率的影响38-39
• 3.4 密封端面速度分布和压力分布39-40
• 3.5 几何参数和操作参数对渗漏特性的影响40-43
• 3.5.1 端表面粗糙度的影响40-41
• 3.5.2 介质压力的影响41
• 3.5.3 弹簧比压的影响41-42
• 3.5.4 端面宽度的影响42-43
• 3.5.5 介质粘度的影响43
• 3.6 本章小结43-45
• 第4章 基于渗流原理的圆环槽和椭圆孔端面机械密封静压渗漏特性分析45-59
• 4.1 同心圆环槽端面渗漏特性分析45-53
• 4.1.1 几何模型45-47
• 4.1.2 膜压分布和速度分布47-48
• 4.1.3 开槽区粗糙度 σg对泄漏率的影响48-49
• 4.1.4 槽深hg对泄漏率的影响49-50
• 4.1.5 槽数ng对泄漏率的影响50
• 4.1.6 槽宽W对泄漏率的影响50-51
• 4.1.7 槽坝宽Wd对泄漏率的影响51
• 4.1.8 开槽区位置r1对泄漏率的影响51-52
• 4.1.9 介质粘度对泄漏率的影响52-53
• 4.2 倾斜微孔端面渗漏特性分析53-58
• 4.2.1 几何模型53-54
• 4.2.2 膜压分布和速度分布54-55
• 4.2.3 倾斜角 α 对泄漏率的影响55-56
• 4.2.4 长短轴比 γ 对泄漏率的影响56
• 4.2.5 孔深hP对泄漏率的影响56-57
• 4.2.6 开孔区粗糙度 σp对泄漏率的影响57
• 4.2.7 介质粘度对泄漏率的影响57-58
• 4.3 本章小结58-59
• 第5章 机械密封静压泄漏率的试验研究59-67
• 5.1 实验台架以及实验设备59-62
• 5.1.1 实验台架59-61
• 5.1.2 补偿式微压计61-62
• 5.1.3 密封腔压力供给及测量62
• 5.2 泄漏率的测量方法及收集空腔体积测量62-63
• 5.2.1 泄漏率的测量方法62-63
• 5.2.2 收集空腔体积的测量63
• 5.3 介质压力和表面粗糙度对泄漏率的影响63-65
• 5.3.1 压力对泄漏率的影响63-64
• 5.3.2 粗糙度对泄漏率的影响64-65
• 5.4 本章小结65-67
• 第6章 结论与展望67-70
• 6.1 主要完成的工作67
• 6.2 结论67-68
• 6.3 创新点68-69
• 6.4 展望69-70
• 参考文献70-75
• 符号说明75-78
• 致谢78-79
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 WEN QingFeng;LIU Ying;HUANG WeiFeng;SUO ShuangFu;WANG YuMing;;The effect of surface roughness on thermal-elasto-hydrodynamic model of contact mechanical seals[J];Science China(Physics,Mechanics & Astronomy);2013年10期

2 彭旭东;佘宝瑛;孟祥铠;李纪云;;不同排布方向性椭圆孔液体润滑机械密封性能的研究[J];摩擦学学报;2013年05期

3 宋胜伟;叶耀川;;周向波度不等机械密封的密封性能[J];润滑与密封;2013年04期

4 房桂芳;滕文锐;刘其和;张鹏高;魏龙;;机械密封端面黏着磨损分形模型[J];流体机械;2013年01期

5 魏龙;顾伯勤;刘其和;张鹏高;房桂芳;;机械密封摩擦副端面接触分形模型的修正[J];化工学报;2013年05期

6 张国渊;赵伟刚;闫秀天;;水润滑螺旋槽端面密封的理论及试验研究[J];西北工业大学学报;2011年05期

7 孙赫;张秋翔;蔡纪宁;李双喜;;端面周向波度密封中流场的数值模拟[J];润滑与密封;2011年05期

8 张麦秋;董卫国;何鹏飞;庞研;;分形理论在机械密封端面形貌分析中的应用[J];机械设计与制造;2011年03期

9 任晓;吴承伟;周平;;粗糙表面的气体密封性能研究[J];机械工程学报;2010年16期

10 孙见君;何小元;魏龙;冯秀;顾伯勤;;接触式机械密封端面经济加工分形维数[J];摩擦学学报;2010年04期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 朱孝平;汪久根;周桂如;;机械密封中表面形貌的影响分析[A];第三届全国青年摩擦学学术会议论文集[C];1995年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 张绪猛;船用机械密封的动态特性研究[D];武汉理工大学;2008年

2 苏令;新型浅槽环瓣型浮动环密封综合性能分析及软件开发[D];清华大学;2006年

3 李伟;端面形貌对气膜密封低速运转性能影响规律研究[D];昆明理工大学;2005年

4 张国渊;浅槽式螺旋槽密封性能数值研究[D];西北工业大学;2004年

  本文关键词：基于渗流原理的机械密封静压渗漏特性分析，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：368141