端面微凹腔液体机械密封内流场数值模拟及试验研究.pdf

江苏大学
硕士学位论文
端面微凹腔液体机械密封内流场数值模拟及试验研究
姓名:翟晓
申请学位级别:硕士
专业:流体机械及工程
指导教师:陈汇龙
20100609
摘要机械密封以其多方面的优越性在流体机械等领域得到广泛应用。善机械密封性能,提高使用寿命已是多年来国内外学者密切关注和研究的主要课题。为了提高机械密封端面间的密封、润滑性能,人们将表面造型技术应用于机械密封,并已成为当前密封研究的热点之一和进的激光表面微造型技术赟密封环表面进行微造型,得到的构特征和流体流动理论,分析密封润滑机理,建立内部流体动压理论模型。应用软件对密封间隙内流场进行数值模拟,得到不同转表明:端面微凹腔造型的密封环产生动压效应可使摩擦明显降低;本试验与模拟结果均说明此时摩擦扭矩最小;单凹腔时产生的动压效应随着介质压力的增大而增大,未出现空化现象,但存在低压区,使沿腔之间存在相互影响,凹腔效应的叠加会使动压效应更加明显;凹腔随着工业快速发展和环保、节能、安全、高效等要求的不断提高,改今后研究和发展的新方向。本文以带有端面微凹腔造型的液体机械密封为研究对象。利用先具有规则微凹腔的密封端面。基于具与微凹腔端面的密封间隙几何结速、不同介质压力条件下的液体膜压力、速度和剪切力的分布。深入分析了液体膜形成和内部流动特征,以及对密封、润滑性能的影响关系,并通过流体机械密封性能试验结果进行对比、分析和验证。研究研究范围内,相同介质压力下,在浇苫竦米畲蠖剐вΓ泄漏方向方向ü记坏囊毫魉俣冉档停欣诩跎傩孤幌嗔诎江苏大学硕士学位论文
的存在使凹腔径向下游出现剪切力明显降低区域;凹腔效应对于低介端面微凹腔产生的润滑优势相对减弱。端面平均剪切力随介质压力的上升而增大,这是由于密封端面的闭合力增大,密封端面所承受的比载荷增大所导致。关键词:机械密封,激光表面微造型,内流场特性、动压润滑,质压力下剪切力的影响比高介质压力时明显,即随着介质压力的增大,数值分析江苏大学硕士学位论文Ⅱ
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学位敝储躲盲溉指剥雠:晒碌∥/。年石月,口日不保密学位论文版权使用授权书》卜年月卜日本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部内容或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口,在年解密后适用本授权书。本学位论文属于’,
学位敝储繇炒:沙昙涸耭独创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中己注明引用的内容以外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
第一章绪论引言江苏大学硕士学位论文机械密封是流体机械中最常见的旋转轴轴向端面密封装置,它主要通过一对垂直于旋转轴轴线的端面在密封介质压力和补偿机构栽<弹力的作用下保持贴合,并配以辅助密封而达到防止介质泄漏的目的。由于机械密封具有密封性能好,使用寿命相对较长,对轴套几乎无磨损,耐振性强等优点,被广泛应用于泵、压缩机、反应搅拌釜等旋转式流体机械,也用于齿轮箱、阀门、旋转接头、船舶尾轴、火箭发动机、航空发动机的轴封装置上。机械密封结构是多种多样的,稯形圈不稯形圈咀O垢机械密封虽然只是系统设备中的一个零部件,却起着至关重要的作用。比如在石油化工行业中,常需输送大量具有高温、高粘度、低自燃点、高污染性等特性的介质,此类介质一旦发生泄漏,不仅造成物质损失,还将带来严重的安全生产问题和环境污染问题。随着工业的高速发展,高温、高压和高速的工作状况使机械密封摩擦副端面摩擦加剧、温升过高,给正常工作带来诸多问题。比如:高温易引起液膜汽化,造成密封失稳,泄漏量增加;密封环内的温度梯度会使密封环产生热变形,导致形成圆锥形的端面,不但改变了端面的接触和