动压式机械密封性能研究

论文摘要

随着现代工业生产的迅速发展,机械密封的密封环境发生了深刻的变化,使得机械密封的操作条件更加苛刻和多样化。高速高压（高参数）机械密封的实用化是当今研究的重要课题之一。动压式机械密封对生产中的一些高参数密封而言,是一种非常有效的措施。动压式机械密封是在密封环上开出各种形状的流体动压槽,利用流体动压效应在端面间产生一层极薄的流体膜,实现非接触,以改善密封端面间的润滑状况。与普通机械密封相比,动压式机械密封可以胜任普通机械密封难以达到的高参数工况,同时在普通工况下可大大降低密封面磨损,提高密封的可靠性,延长密封寿命。作为当今机械密封的高新技术,已广泛应用于离心泵、离心机、离心式压缩机和反应釜等过程装备上。在综合国内外大量文献资料的基础上,本文着重从计算流体动力学CFD的角度从整个未简化的流体力学控制方程出发,基于有限体积法,采用FLUENT软件对动压式机械密封流体膜的流场进行模拟计算,解决了微尺度和宏观尺度相结合而导致的网格划分的难点;应用RNG k-ε湍流模型、SIMPLE算法,计算了密封端面的压力分布、流体膜刚度和泄漏量等特性参数;求解模拟得到的流场与文献实验值相比较,得出了正确的流体膜压力场,并对密封特性做了相应的理论分析。通过对动压槽的优化设计,分析了密封面的槽深比、角度和槽长坝长比等变化时对密封特性的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 前言
• 第一章 动压式机械密封基本理论
• 1.1 机械端面密封中的几个重要参数
• 1.1.1 面积比与载荷系数
• 1.1.2 密封准数
• 1.1.3 摩擦系数
• 1.2 流体动、静压润滑
• 1.3 浅槽和深槽机械密封的作用机理
• 1.3.1 浅槽密封的作用机理
• 1.3.2 深槽密封的作用机理
• 1.4 流体动压式机械密封
• 1.4.1 干气密封
• 1.4.2 上游泵送机械密封
• 1.5 流体动压式机械密封主要性能参数
• 1.6 动压型机械密封的发展趋势
• 第二章 动压式机械密封流体膜的数值模拟
• 2.1 计算流体动力学CFD
• 2.1.1 计算流体动力学CFD 概述
• 2.1.2 有限体积法的基本思想
• 2.1.3 微分控制方程
• 2.1.4 湍流物理模型
• 2.1.5 FLUENT 软件介绍
• 2.2 数值模拟计算过程
• 2.2.1 基本假设
• 2.2.2 几何模型
• 2.2.3 网格的划分
• 2.2.4 FLUENT 求解器的设定
• 第三章 螺旋槽机械密封密封特性研究及分析
• 3.1 流体膜压力分布及分析
• 3.2 主要密封性能参数的计算
• 3.2.1 开启力
• 3.2.2 摩擦功耗
• 3.2.3 流体膜刚度
• 3.2.4 泄漏量
• 3.3 计算结果与实验值比较
• 3.4 操作参数对密封性能的影响
• 3.4.1 转速的影响
• 3.4.2 内外径压力比的影响
• 3.5 端面槽形几何参数对密封性能的影响
• 3.5.1 槽数Ng 的影响
• 3.5.2 螺旋角α的影响
• 3.5.3 槽深膜厚比H 的影响
• 3.5.4 槽长坝长比γ的影响
• 3.5.5 槽台槽宽比ξ的影响
• 3.6 本章小结
• 第四章 直线槽及圆弧槽机械密封密封特性计算与分析
• 4.1 直线槽机械密封的密封特性
• 4.1.1 数值模拟
• 4.1.2 计算分析
• 4.2 圆弧槽机械密封的密封特性
• 4.3 三种槽形密封性能对比分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 附录一 绘制对数螺旋线所用的程序
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要