端面部分微孔机械密封特性研究

发布时间：2020-09-24 21:55

　　端面微孔机械密封是近年来出现的一种新型机械密封技术，它是在普通机械密封的端面上加出微米级的小坑孔，具有良好的润滑性能和密封性能。然而，目前大部分的研究都是针对端面全部开孔的情况，并且对动力学的研究尚未见报道。端面部分微孔机械密封是一种很有前途的机械密封，它既具有端面微孔机械密封润滑性能好的特点，又能克服泄漏量大的缺点。本文从端面部分微孔机械密封端面间的流体动力学分析入手，采用有限差分数值计算方法，深入研究了密封端面间的压力分布以及结构参数和操作参数对密封性能的影响。在此基础上，建立了密封系统受到轴向扰动时的振动模型，研究了该类机械密封在受到微小轴向扰动时静环和端面间液膜的变化规律。主要研究内容和结论如下： 1．建立了端面部分微孔机械密封端面间流体动力学分析模型，根据对称性的特点，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。通过对密封操作参数和结构参数的无量纲化，得到了无量纲形式的稳态液膜压力控制方程及其边界条件。 2．采用有限差分法对得到的无量纲稳态液膜压力控制方程进行求解，运用VB语言编制了求解计算程序，并利用Matlab软件显示端面间的液膜压力分布。 3．利用编制的程序对结构参数和操作参数影响端面部分开孔机械密封性能的规律进行了深入的分析和研究，得到如下具体结果：(1)微孔密度在0.2左右、深径比在0.02左右时端面的平均压力值最大；(2)．几何参数微孔密度、深径比、端面开孔区的宽度与密封环宽度的比值分别在0.2左右、0.015～0.02、0.5～0.6范围内密封性能比较好；(3)当转速、粘度分别大于2000r／min、0.015Pa．s时密封性能较好；(4)与端面全开孔的情况对比，发现虽然开启力、液膜刚度都稍小一些，但在泄漏率方面要比全开孔的情况小很多。 4．建立了密封的轴向振动模型，并对模型进行解析求解。得出密封系统受到强迫振动时，密封环和液膜间隙的变化规律。在计算密封环的运动规律时，对考虑液膜阻尼和不考虑液膜阻尼两种情况作了对比分析，计算结果表明，在分析液膜轴向强迫振动时，由于液膜的阻尼系数比气膜的大很多，所以不能忽略液膜阻尼的影响，还发现尽管扰动振幅达到了300微米，液膜的变化量最大值不超过0.5微米。
【学位单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2007
【中图分类】：TH136
【部分图文】：

机械密封,基本结构,动环,静环

偿机构弹力(或磁力)的作用以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置〔’]，是流体机械旋转轴密封最为主要的类型，使用量很大，应用面很广。图1.1为最常见的普通机械密封结构，它主要由静环、动环和补偿机构(弹簧)等组成。静环静止不动，而动环随旋转轴一起回转并与静环紧密贴合以阻止密封介质的泄漏。动环和静环端面作相对滑动，由于密封端面间的互相摩擦必然会产生磨损，此时动环由于补偿机构的作用可以作轴密封端面间的良好接触，以保证流体不会从密封端面泄向移动，从而保持漏。另外，辅助密封圈与其接触部分无相对运动，属于静密封，施加一定预紧力可保证各密封点紧密不漏。入入入入入 \\\\/、一}}}一一「「「「一一T一 ]]]1.动环座;2.弹簧;3、4动环辅助密封圈;5.动环;6.静环;7.静环辅助密封圈图1.1机械密封基本结构由于机械密封具有密封性能良好、工作可靠、泄漏量小、使用寿命长、功率消耗少、对轴或轴套几乎无磨损，抗震性强等一系列优点，因此被广泛应用于泵、压缩机、搅拌反应釜、搅拌器、转盘塔等旋转机械上

端面,机械密封,微孔

摩擦功耗又远低于普通机械密封。综上所述可知螺旋槽的研究及应用己经相当成熟且密封性能也比较好，但是其制造成本比较高、.计算杂，一直以来，各国研究都想研究出一种新型的机械封使其成本降低，计算简便。近年来提出了一种机械封—端面微孔机械密封，它制造成本低、计算简便，密封性能能满足要求。图1.IOY字3端面微孔机械密封国内外研究进展3.1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端面上加工出微米级的小坑孔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，如图1.11所示;另一类是仅在部分端面区域加工微孔，如图1.12所

端面,微孔,机械密封,理论研究

端面微孔机械密封是在普通机械密封的端面上加工出微米级的小坑孔。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1.11所示;另一类是仅在部分端面区域加工微孔，如图1.12所示图1.fl端面全开孔图1.12端面部分开孔端面微孔机械密封最早的理论研究源于1989、1990[72， 73]年Kanenko关于多孔材

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