双列同向螺旋端面机械密封流场对比分析

发布时间：2017-05-21 19:26

  本文关键词：双列同向螺旋端面机械密封流场对比分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：机械密封在石油炼化企业中的运用是必不可少的，它直接影响着生产的效率，由于密封元件失效引起的事故占总事故的73%左右。相比于传统的填料密封，机械密封的操作效果更好，使用寿命更久，给企业带来的利润更高，而且正在逐步取代填料密封。为了更好的应用到各种不同流体介质上，在机械密封表面通过开各种槽型的方式来改变元件旋转环和静止环之间端面的润滑状态，提高密封性能，从而延长密封元件的使用寿命。 正常运转的情况下，机械密封旋转环与静止环端面之间由于压力的原因存在着极薄的流体膜，其数量级为微米级，泄漏量的多少正是由流体膜的流动状态决定的。通过对比三组不同形状端面的机械密封在相同参数下的流场状态，来分析槽型对密封性能的影响。本文的研究对象是机械密封旋转环与静止环接触面缝隙间的流体膜。首先应用计算流体力学软件对有Gambit建模软件所建立的三维模型进行数值模拟分析，针对不同工况，模拟出流体膜在动环端面上的压力场和速度场，以及计算出模型的泄漏量。其次，利用专业的机械密封试验设备，测量在实际工作应用中流体介质膜的压力分布和泄漏量等密封参数。然后，将模拟得出的数据结果与试验数据进行分析对比，，检验模拟计算值的准确性，并分析两者之间存在差异的原因。最后，对比不同槽型之间的流体膜流场和密封性能，做出结论。 经过试验测量和模拟计算证明，操作压力与轴的旋转速度对流体介质膜的运动状态和元件泄漏量都有着明显的影响。旋转环表面的槽型也对整个机械密封系统的密封性能有着很大的影响。通过试验和数值模拟相结合的研究方法对流体膜流场状态的分析以及各种形状槽型机械密封的密封性能提供了重要的参考价值与理论依据和实践验证。
【关键词】：机械密封 螺旋槽 摩擦副 流场 对比
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH136
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 绪论7-14
• 1.1 课题意义7-8
• 1.2 机械密封起源及改进8-9
• 1.3 机械密封的研究现状9-12
• 1.3.1 密封端面摩擦的研究9-10
• 1.3.2 流体动压密封的研究[16~20]10-12
• 1.3.3 机械密封的结构研究[26]12
• 1.4 我国对机械密封的研究存在的主要问题12-13
• 1.5 主要研究内容13
• 1.6 技术路线13-14
• 第二章 机械密封端面基本理论14-21
• 2.1 密封性能的影响因素14-16
• 2.1.1 几何参数14-15
• 2.1.2 力学参数15-16
• 2.1.3 性能参数16
• 2.2 计算流体力学概述16-18
• 2.2.1 CFD 理论16-17
• 2.2.2 基本流动方程17-18
• 2.3 有限体积数值计算法18-21
• 2.3.1 变量通用方程19
• 2.3.2 有限体积法的特点19-21
• 第三章 普通端面液膜压力场数值模拟21-35
• 3.1 理论模型21-22
• 3.1.1 液膜流动形态分析21-22
• 3.1.2 基本假设22
• 3.1.3 参数设置22
• 3.2 建立平端面计算模型22-25
• 3.2.1 网格划分23
• 3.2.2 网格生成质量检查23-24
• 3.2.3 无关性验证24
• 3.2.4 边界条件设置24-25
• 3.3 FLUENT 中对模型的求解25-26
• 3.4 流体膜流场模拟数值结果26-29
• 3.4.1 液膜压力分布27-29
• 3.4.2 液膜速度分布29
• 3.5 不同操作参数下流体膜压力场/速度场分布图29-31
• 3.5.1 相同压力不同转速下的流体膜压力分布规律以及速度矢量图29-30
• 3.5.2 相同转速不同压力下流体膜压力分布规律以及速度矢量图30-31
• 3.6 液膜受力计算31-32
• 3.7 泄漏量的数值求解32-35
• 第四章 螺旋槽密封端面流场数值模拟分析35-52
• 4.1 螺旋槽动环表面槽型及参数35-36
• 4.2 两种槽型的密封性能数值求解方法36-37
• 4.3 双列螺旋槽机械密封三维模型37-46
• 4.3.1 设定参数38
• 4.3.2 边界条件以及网格划分38-39
• 4.3.3 模拟结果分析39-46
• 4.4 单列螺旋槽机械密封三维模型46-50
• 4.4.1 边界条件与网格划分46
• 4.4.2 压力分布与速度分布46-48
• 4.4.3 不同槽型的对比分析48
• 4.4.4 螺旋槽端面受力[33][34]48-50
• 4.5 本章小结50-52
• 第五章 机械密封性能实验研究及对比分析52-60
• 5.1 实验目的52
• 5.2 实验设备及材料用具52-54
• 5.3 实验参数测量54
• 5.4 实验方案54
• 5.5 实验步骤54-55
• 5.6 实验结果与分析55-57
• 5.6.1 实验结果55-56
• 5.6.2 泄漏量随压力和转速的变化趋势56-57
• 5.7 模拟结果与试验结果数据对比分析57-59
• 5.7.1 试验数据与普通端面模拟结果的对比分析57-58
• 5.7.2 普通端面与有槽端面之间的密封性能对比58-59
• 5.8 本章小结59-60
• 第六章 结论与展望60-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-65
• 攻读硕士期间发表的论文65-66
• 详细摘要66-78

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