端面形貌对核主泵流线槽机械密封性能影响研究
发布时间：2022-01-22 04:41
为了研究端面形貌对核主泵机械密封各项性能的影响,本文以核主泵流线槽动压机械密封作为研究对象。利用微元体积法和平均流模型分析建立考虑端面形貌影响下适合流线槽动压机械密封性能分析的雷诺方程数学模型。建立流线槽的几何模型和考虑端面形貌的雷诺方程的数学模型,用有限差分法进行求解和分析,用MATLAB编写计算程序。研究密封端面的表面粗糙度、表面形貌参数、液膜厚度和工况参数对流线槽动压机械密封的开启力、泄漏量、液膜刚度和刚漏比的影响,得出相关变化规律。为深入分析核主泵动压密封端面润滑摩擦提供理论依据。主要结论有:（1）流线槽机械密封的开启力、液膜刚度和刚漏比随液膜厚度的增加而减小,泄漏量随着液膜厚度的增加而变大,虽然泄漏量增加,但泄漏量保持在合理范围内,小于1.2 m3/h;在液膜厚度小于4μm的区域内,液膜厚度越小,开启力和液膜刚度的变化幅度越大。（2）当液膜膜厚和表面形貌参数为定值时,随着膜厚比的增大流线槽机械密封的开启力、泄漏量、液膜刚度以及刚漏比都逐渐减小,最终趋于稳定;在膜厚比小于4时,随着膜厚比的增加,流线槽机械密封的开启力、泄漏量、液膜刚度和刚漏比减小的幅度很大...
【文章来源】：西华大学四川省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
论文结构框架图
端面形貌对核主泵流线槽密封性能影响研究62流线槽机械密封结构2.1机械密封简介2.1.1典型机械密封的基本结构、作用和特点机械密封是核主泵最为核心的基础部件，关系着核主泵能否安全稳定的运行。机械密封又被称为端面密封，是一种被广泛应用的旋转轴动密封，其基本结构如下图所示（以非接触式动压型机械密封为例）。机械密封在工作时，两个密封环相对滑动，其中动环3是随轴一起旋转，而静环1不随轴一起旋转，两个密封环相互贴合的端面称为密封端面，两个密封端面间隙为0h，其大小一般不超过15微米，对于液膜密封的端面间隙一般约为2～10微米。为了保证密封端面在工作期间受到摩擦磨损后仍然有良好的贴合能力，所以机械密封具有轴向补偿能力，具有轴向补偿能力的机构被称为机械密封补偿机构，是由推环10以及弹簧11所组成的。补偿机构一般可以设计在静环一侧，使静环具有轴向补偿能力。在静环1周向上的静环座4与防转销12相互定位，防止静环跟随轴一起转动。在动环3上的传动销6与轴套5相连接，使动环随着轴一起旋转。在动环3或静环1相对密封端面上精细加工出一定深度和形状的型槽单元2，型槽单元2均匀分布在动环或静环密封端面上，其一般为6～30个。1、静环2、型槽单元3、动环4、静环座5、轴套6、传动销7、轴8、公差环9、压紧套10、静环推环11、弹簧12、防转销图2.1机械密封原理图Fig.2.1Mechanicalsealschematic
端面形貌对核主泵流线槽密封性能影响研究8表2.1核主泵用机械密封常用串联型式Tab.2.1Commonlyusedseriestypeofmechanicalsealfornuclearmainpump类型组合型式第一级第二级第三级1流体静压型接触式接触式2流体静压型流体动压型流体动压型3流体动压型流体动压型接触式4流体动压型流体动压型流体动压型（1）流体静压型机械密封1、三级密封2、二级密封3、一级密封图2.2主泵流体静压型机械密封结构Fig.2.2Hydrostaticpressuretypemechanicalsealstructureofmainpump流体静压型机械密封包括径向台阶型和径向收敛型等。在正常工作时，动环和静环端面间保持一层微米厚度且稳定的润滑液膜，依靠端面流体的静压力起到承载作用，而与动环是否旋转无关。这层液膜保持了动环和静环两密封端面不直接接触、避免产生了磨损，同时又起到对系统冷却和润滑的作用。图2.2为核主泵用流体静压型机械密封最常见的三级串联密封结构形式[33]：主密封为第一级密封，密封介质入口处压力（大约为15.5Mpa）由一级密封全部承担，密封端面上有一定大小的收敛锥度，来提高机械密封工作的稳定性，该级密封的泄漏量较大；第二级密封一般为流体动压型或者接触式机械密封，该级密封承受的压力较小，压力降至0.02MPa，泄漏量也大大减小，主要实现对第一级密封泄漏密封，承担备用密封的作用。在一级密封失效后，二级密封能够在较短的时间内承受系统的内部全部压力以及控制泄漏量，为装置更换部件和检修提供宝贵时间；而第三级密封大多为接触式机械密封，
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型组合槽端面干气密封特性研究[J]. 左松奇,王和顺,张车宁,朱维兵. 润滑与密封. 2020(03)
[2]摩擦副表面微观动压效应集成、传递及影响的研究[J]. 周诗杰,阿达依·谢尔亚孜旦. 机械工程学报. 2018(21)
[3]不同润滑状态下表面粗糙度对人字槽密封性能的影响[J]. 张鹤,郝木明,袁俊马,杨文静,徐鲁帅. 润滑与密封. 2018(06)
[4]核主泵密封装置试验研究[J]. 吴兆山,丁思云,王永乐,李香,郑国运,李鲲. 液压气动与密封. 2018(03)
[5]考虑表面粗糙度的液膜密封空化及承载能力分析[J]. 李振涛,郝木明,曹恒超,杨文静,王赟磊,孙鑫晖. 润滑与密封. 2017(06)
[6]核主泵流体动压型圆形深槽密封的热流耦合分析[J]. 李定,孟祥铠,李纪云. 流体机械. 2016(12)
[7]核主泵用流体静压型机械密封流固热耦合变形分析[J]. 朱维兵,张海洋,王和顺. 润滑与密封. 2015(11)
[8]核主泵静压型轴封系统二级密封机理研究[J]. 赵星宇,刘莹,黄伟峰,刘向锋,王玉明. 摩擦学学报. 2014(04)
[9]核主泵用流体动压型机械密封耦合模型与性能分析[J]. 王小燕,孟祥铠,刘鑫,盛颂恩,彭旭东. 摩擦学学报. 2013(02)
[10]端面磨损对U型槽动压机械密封性能的影响[J]. 彭旭东,于明彬,孟祥铠,白少先,盛颂恩. 上海交通大学学报. 2010(12)
博士论文
[1]核主泵用流体动静压型机械密封的性能研究与端面型槽优化设计[D]. 刘鑫.浙江工业大学 2012
[2]干气密封螺旋槽润滑气膜的稳、动态特性研究[D]. 丁雪兴.兰州理工大学 2008
[3]干气密封运行状态稳定性的研究[D]. 王和顺.西南交通大学 2006
[4]机械密封中的热流体动力效应研究[D]. 周剑锋.南京工业大学 2006
硕士论文
[1]双尖槽干气密封端面结构及密封特性研究[D]. 刘明东.西华大学 2019
[2]基于OpenFOAM的核主泵机械密封流热耦合性能研究[D]. 宋奎龙.哈尔滨工业大学 2018
[3]表面粗糙度模拟及其对动压型机械密封性能的影响[D]. 张培林.江苏大学 2018
[4]组合槽干气密封端面结构及密封特性研究[D]. 陈志强.西华大学 2018
[5]枞树槽液膜密封动力学特性研究[D]. 张伟.中国石油大学(华东) 2017
[6]核主泵用流体动压型机械密封热弹流润滑数值分析[D]. 顾林峰.浙江工业大学 2016
[7]波度式机械密封端面结构及流场特性研究[D]. 郭磊.西华大学 2015
[8]核主泵用流体动压型机械密封热弹流效应理论研究[D]. 宫晓清.浙江工业大学 2015
[9]核主泵用流体静压型机械密封多场耦合模型与性能分析[D]. 康玉茹.浙江工业大学 2011
[10]核主泵用深槽端面机械密封性能理论研究[D]. 于明彬.浙江工业大学 2010
本文编号：3601565
【文章来源】：西华大学四川省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
论文结构框架图
端面形貌对核主泵流线槽密封性能影响研究62流线槽机械密封结构2.1机械密封简介2.1.1典型机械密封的基本结构、作用和特点机械密封是核主泵最为核心的基础部件，关系着核主泵能否安全稳定的运行。机械密封又被称为端面密封，是一种被广泛应用的旋转轴动密封，其基本结构如下图所示（以非接触式动压型机械密封为例）。机械密封在工作时，两个密封环相对滑动，其中动环3是随轴一起旋转，而静环1不随轴一起旋转，两个密封环相互贴合的端面称为密封端面，两个密封端面间隙为0h，其大小一般不超过15微米，对于液膜密封的端面间隙一般约为2～10微米。为了保证密封端面在工作期间受到摩擦磨损后仍然有良好的贴合能力，所以机械密封具有轴向补偿能力，具有轴向补偿能力的机构被称为机械密封补偿机构，是由推环10以及弹簧11所组成的。补偿机构一般可以设计在静环一侧，使静环具有轴向补偿能力。在静环1周向上的静环座4与防转销12相互定位，防止静环跟随轴一起转动。在动环3上的传动销6与轴套5相连接，使动环随着轴一起旋转。在动环3或静环1相对密封端面上精细加工出一定深度和形状的型槽单元2，型槽单元2均匀分布在动环或静环密封端面上，其一般为6～30个。1、静环2、型槽单元3、动环4、静环座5、轴套6、传动销7、轴8、公差环9、压紧套10、静环推环11、弹簧12、防转销图2.1机械密封原理图Fig.2.1Mechanicalsealschematic
端面形貌对核主泵流线槽密封性能影响研究8表2.1核主泵用机械密封常用串联型式Tab.2.1Commonlyusedseriestypeofmechanicalsealfornuclearmainpump类型组合型式第一级第二级第三级1流体静压型接触式接触式2流体静压型流体动压型流体动压型3流体动压型流体动压型接触式4流体动压型流体动压型流体动压型（1）流体静压型机械密封1、三级密封2、二级密封3、一级密封图2.2主泵流体静压型机械密封结构Fig.2.2Hydrostaticpressuretypemechanicalsealstructureofmainpump流体静压型机械密封包括径向台阶型和径向收敛型等。在正常工作时，动环和静环端面间保持一层微米厚度且稳定的润滑液膜，依靠端面流体的静压力起到承载作用，而与动环是否旋转无关。这层液膜保持了动环和静环两密封端面不直接接触、避免产生了磨损，同时又起到对系统冷却和润滑的作用。图2.2为核主泵用流体静压型机械密封最常见的三级串联密封结构形式[33]：主密封为第一级密封，密封介质入口处压力（大约为15.5Mpa）由一级密封全部承担，密封端面上有一定大小的收敛锥度，来提高机械密封工作的稳定性，该级密封的泄漏量较大；第二级密封一般为流体动压型或者接触式机械密封，该级密封承受的压力较小，压力降至0.02MPa，泄漏量也大大减小，主要实现对第一级密封泄漏密封，承担备用密封的作用。在一级密封失效后，二级密封能够在较短的时间内承受系统的内部全部压力以及控制泄漏量，为装置更换部件和检修提供宝贵时间；而第三级密封大多为接触式机械密封，
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型组合槽端面干气密封特性研究[J]. 左松奇,王和顺,张车宁,朱维兵. 润滑与密封. 2020(03)
[2]摩擦副表面微观动压效应集成、传递及影响的研究[J]. 周诗杰,阿达依·谢尔亚孜旦. 机械工程学报. 2018(21)
[3]不同润滑状态下表面粗糙度对人字槽密封性能的影响[J]. 张鹤,郝木明,袁俊马,杨文静,徐鲁帅. 润滑与密封. 2018(06)
[4]核主泵密封装置试验研究[J]. 吴兆山,丁思云,王永乐,李香,郑国运,李鲲. 液压气动与密封. 2018(03)
[5]考虑表面粗糙度的液膜密封空化及承载能力分析[J]. 李振涛,郝木明,曹恒超,杨文静,王赟磊,孙鑫晖. 润滑与密封. 2017(06)
[6]核主泵流体动压型圆形深槽密封的热流耦合分析[J]. 李定,孟祥铠,李纪云. 流体机械. 2016(12)
[7]核主泵用流体静压型机械密封流固热耦合变形分析[J]. 朱维兵,张海洋,王和顺. 润滑与密封. 2015(11)
[8]核主泵静压型轴封系统二级密封机理研究[J]. 赵星宇,刘莹,黄伟峰,刘向锋,王玉明. 摩擦学学报. 2014(04)
[9]核主泵用流体动压型机械密封耦合模型与性能分析[J]. 王小燕,孟祥铠,刘鑫,盛颂恩,彭旭东. 摩擦学学报. 2013(02)
[10]端面磨损对U型槽动压机械密封性能的影响[J]. 彭旭东,于明彬,孟祥铠,白少先,盛颂恩. 上海交通大学学报. 2010(12)
博士论文
[1]核主泵用流体动静压型机械密封的性能研究与端面型槽优化设计[D]. 刘鑫.浙江工业大学 2012
[2]干气密封螺旋槽润滑气膜的稳、动态特性研究[D]. 丁雪兴.兰州理工大学 2008
[3]干气密封运行状态稳定性的研究[D]. 王和顺.西南交通大学 2006
[4]机械密封中的热流体动力效应研究[D]. 周剑锋.南京工业大学 2006
硕士论文
[1]双尖槽干气密封端面结构及密封特性研究[D]. 刘明东.西华大学 2019
[2]基于OpenFOAM的核主泵机械密封流热耦合性能研究[D]. 宋奎龙.哈尔滨工业大学 2018
[3]表面粗糙度模拟及其对动压型机械密封性能的影响[D]. 张培林.江苏大学 2018
[4]组合槽干气密封端面结构及密封特性研究[D]. 陈志强.西华大学 2018
[5]枞树槽液膜密封动力学特性研究[D]. 张伟.中国石油大学(华东) 2017
[6]核主泵用流体动压型机械密封热弹流润滑数值分析[D]. 顾林峰.浙江工业大学 2016
[7]波度式机械密封端面结构及流场特性研究[D]. 郭磊.西华大学 2015
[8]核主泵用流体动压型机械密封热弹流效应理论研究[D]. 宫晓清.浙江工业大学 2015
[9]核主泵用流体静压型机械密封多场耦合模型与性能分析[D]. 康玉茹.浙江工业大学 2011
[10]核主泵用深槽端面机械密封性能理论研究[D]. 于明彬.浙江工业大学 2010
本文编号：3601565
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