基于溫度場分析的水泵機械密封性能優(yōu)化研究.pdf

1、機械密封是依靠彈性補償機構彈力和液體壓力擠壓動環(huán)和靜環(huán)兩個密封面達到密封作用的旋轉軸類密封裝置。機械密封適用于各種流體，是目前泵、壓縮機和攪拌機等旋轉設備流體密封的核心裝置。在火電廠鍋爐系統(tǒng)中，給水泵具有良好的密封性能是鍋爐系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的前提，而在復雜工況條件和負載條件下，水泵的機械密封端面容易產(chǎn)生局部溫度和應力過高現(xiàn)象，引起端面變形、閃蒸甚至出現(xiàn)熱裂紋，嚴重影響機械密封系統(tǒng)的密封性能，甚至發(fā)生安全事故。因此，開展機械密封端面溫度場

2、—應力場的研究對于提高密封系統(tǒng)的整體性能是十分必要的。
　　本文以鍋爐給水泵所用的M7N機械密封為研究對象，開展了機械密封環(huán)幾何分析模型、載荷分析模型、熱源分析模型的建立，對機械密封環(huán)溫度場及應力場的密封特性及變工況下的溫度場進行了理論分析，最后研發(fā)一整套機械密封試驗臺進行了試驗驗證和密封特性的優(yōu)化研究。
　　1.構建機械密封端面溫度場分析數(shù)學模型。簡化密封結構，構建了幾何分析模型，給出了密封端面主要幾何參數(shù)的計算表達式;建

3、立密封環(huán)載荷分析模型，并以動環(huán)為平衡體進行受力分析，推導了軸向力平衡方程;建立機械密封系統(tǒng)熱源分析模型，并根據(jù)實際工況條件對熱源模型進行簡化，歸納得出:密封系統(tǒng)端面溫度升高的熱源主要是密封面間的摩擦熱;在摩擦熱計算公式的基礎上分析得出密封環(huán)端面溫升的影響因素。
　　2.基于ANSYS熱—應力分析理論，對動環(huán)建立三維軸對稱仿真計算模型，給出了端面摩擦熱源強度、對流換熱系數(shù)、熱量分配系數(shù)的計算表達式，采用間接耦合的方法，得到密封端面的

4、溫度場分布規(guī)律、應力場分布規(guī)律，得到端面溫度達到平衡所需要的時間。
　　3.對機械密封端面溫度的影響因素進行了分析計算，結果表明:主軸轉速、彈簧比壓和介質壓力都能不同程度的影響端面溫升，彈簧比壓對端面溫升的敏感性最大，轉速次之，介質壓力影響最小。
　　4.機械密封性能的試驗研究。對機械密封端面溫度進行瞬態(tài)、多點測量，并將試驗結果與數(shù)值模擬進行對比分析，結果顯示測試結果與理論計算變化趨勢相同，相對誤差較小，驗證了數(shù)值分析的正確