高温泵用非接触式机械密封粘温特性数值研究

发布时间：2017-04-25 03:10

  本文关键词：高温泵用非接触式机械密封粘温特性数值研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：石油石化行业中大量高温泵都采用接触式机械密封，不仅寿命短、性能差，而且一旦发生泄漏会引发一系列安全事故，因此采用非接触式机械密封进行改进，该种密封能否应用于高温油泵并实现高温油的零泄漏，，还需要对其进行理论研究。 本文分别以螺旋槽非接触式气膜密封和螺旋槽非接触式液膜密封的动环、流体膜和静环为研究对象，进行GAMBIT建模，应用计算流体力学软件FLUENT对其三维流场以及温度场进行了数值模拟计算。通过求解全三维N-S方程，得到了内部流体膜的流场和速度场，然后开启能量方程，计算动静环端面相关的对流传热系数，得到了流体膜和动静环端面的温度场。通过FLUENT软件模拟计算得出，高温泵用密封的密封环处于高温工作状态，而且内外径存在一定温差，尤其是液膜密封环端面温差较大，因此假设密封间隙内的气膜和液膜是等粘度分布是不准确的。因此本文分别计算出了密封气体和封液在高温下的粘温方程，将粘温公式导入到FLUENT软件中，分别计算出了考虑粘温效应时气膜密封和液膜密封的流场、温度场以及相关特性参数，并研究了特性参数以及端面温度随着转速和内外径压力比的变化情况，比较考虑粘温效应与不考虑粘温效应的计算结果并分析原因。 对于高温泵用气膜密封，考虑氮气粘温效应虽然不会对计算结果的准确性产生非常大的影响，但是由于高温油泵对于密封性能的严格要求，必须要对气膜密封的特性参数有更加准确的评价和计算，因此考虑粘温效应是非常有必要的；对于高温泵用液膜密封，考虑粘温效应与不考虑粘温效应的计算结果差距是非常大的，所以假定液膜是定粘度是不正确的，液膜密封必须要考虑润滑油粘度随温度的变化，才能进行模拟计算。因此，粘温效应对高温泵非接触式机械密封性能研究有着至关重要的影响。
【关键词】：高温泵 螺旋槽 气膜密封 液膜密封 粘温效应 流场 温度场
【学位授予单位】：中国石油大学（华东）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH136;TE964
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 主要符号表9-11
• 第一章 前言11-13
• 1.1 课题研究背景11
• 1.2 课题研究意义11-13
• 第二章 文献综述13-22
• 2.1 高温油泵机械密封发展简介13-14
• 2.2 非接触式机械密封基础14-18
• 2.2.1 非接触式机械密封的基本结构与工作原理14-16
• 2.2.2 非接触式机械密封的材料选择16-17
• 2.2.3 非接触式机械密封的相关参数17-18
• 2.3 国内外研究现状18-22
• 2.3.1 变粘度流体流动研究状况18-19
• 2.3.2 机械密封流场研究状况19-20
• 2.3.3 机械密封温度场研究状况20-21
• 2.3.4 研究现状分析21-22
• 第三章 密封间隙变粘度流动特性理论分析22-36
• 3.1 粘温方程的确定22-27
• 3.2 密封间隙内流体流态判断27
• 3.3 基本假设27-28
• 3.4 粘性流体的动力润滑方程（流体动力学控制方程）28-31
• 3.5 密封动、静环端面传热计算31-35
• 3.5.1 对流传热系数计算公式31-32
• 3.5.2 轴向平均流速的计算32-35
• 3.6 总结35-36
• 第四章 螺旋槽干气密封流场及温度场数值模拟36-56
• 4.1 螺旋槽干气密封几何模型36-38
• 4.1.1 GAMBIT 建模与网格划分36-38
• 4.2 条件参数设置38-40
• 4.2.1 密封环材料及介质属性38
• 4.2.2 边界类型与热边界条件38-40
• 4.3 干气密封流场模拟及性能分析40-50
• 4.3.1 螺旋槽干气密封端面压力分布40-42
• 4.3.2 螺旋槽干气密封气膜速度分布42-43
• 4.3.3 螺旋槽干气密封性能参数计算43-48
• 4.3.4 螺旋槽干气密封温度场计算结果48-50
• 4.4 操作参数对密封性能的影响50-54
• 4.4.1 转速对密封性能的影响50-53
• 4.4.2 内外径压力比对密封性能的影响53-54
• 4.5 本章小结54-56
• 第五章 螺旋槽液膜密封流场及温度场数值模拟56-70
• 5.1 螺旋槽液膜密封几何模型56-58
• 5.1.1 GAMBIT 建模与网格划分56-57
• 5.1.2 条件参数设置57-58
• 5.2 液膜密封流场和温度场模拟及性能分析58-63
• 5.2.1 螺旋槽液膜密封压力场和温度场分布58-60
• 5.2.2 液膜速度矢量分布60
• 5.2.3 螺旋槽干气密封性能参数计算60-63
• 5.3 操作参数对密封性能的影响63-68
• 5.3.1 转速对密封性能的影响63-67
• 5.3.2 内外径压力比对密封性能的影响67-68
• 5.4 本章小结68-70
• 结论70-72
• 参考文献72-76
• 致谢76

【参考文献】

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本文编号：325510