上游泵送機(jī)械密封液膜穩(wěn)動態(tài)特性分析.pdf

1、密封裝置在機(jī)械零部件中雖不起眼，但在機(jī)械裝置的運(yùn)行過程中卻有著舉足輕重的作用，稍有不慎便釀成重大事故，事例不勝枚舉，特別是在石油化工行業(yè)以及航空航天工業(yè)中，機(jī)械裝置在高溫、高壓、高速等條件下運(yùn)行，工作環(huán)境較為惡劣。當(dāng)工作介質(zhì)為液化氣體或高壓劇毒、腐蝕性、可燃性液體時，一旦密封不嚴(yán)將會導(dǎo)致泄漏，甚至引發(fā)火災(zāi)、爆炸乃至人身傷亡等重大事件。因此，密封裝置被廣泛應(yīng)用于高參數(shù)的工作環(huán)境中，對機(jī)械裝置的安全運(yùn)行起到了至關(guān)重要的作用。目前，國內(nèi)石油化

2、工行業(yè)普遍使用離心式壓縮機(jī)來輸送各類工藝液體、氣體，這些液體、氣體大多具有易燃、易爆、有毒的特性，為了防止或限制這些工藝液體、氣體沿壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)軸端部泄露到大氣中，須采用各種有效的軸端密封裝置。近年來，隨著密封技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，出現(xiàn)了一種稱之為上游泵送機(jī)械密封的新型軸封，這種密封采用液體作為密封介質(zhì)，是一種非接觸式新型軸端密封。相對于傳統(tǒng)的接觸式機(jī)械密封，這類密封具有以下優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行無磨損，功耗小；泄漏量小，可實(shí)現(xiàn)零泄漏或者零逸出，越來

3、越多的泵、壓縮機(jī)、膨脹機(jī)和液體透平機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械采用了此類密封。
　　本文以上游泵送機(jī)械密封為研究對象，對動靜環(huán)間的液膜流場進(jìn)行了研究，通過數(shù)學(xué)計算及實(shí)驗(yàn)研究兩種方法來研究上游泵送機(jī)械密封液膜流場的性能。并通過對液膜剛度的計算來展示說明不同的幾何參數(shù)及工況條件對密封性能產(chǎn)生的影響，目的是找到最佳槽型集合參數(shù)。
　　從N-S方程出發(fā)，基于針對上游泵送機(jī)械密封端面流場的基本假設(shè)，推導(dǎo)了螺旋槽內(nèi)流動場的非線性雷諾方程。應(yīng)用近似 PH

4、線性化方法，將非線性偏微分方程轉(zhuǎn)化為線性偏微分方程，再引入復(fù)函數(shù)將線性偏微分方程又變?yōu)閮蓚€線性實(shí)常數(shù)微分方程組，并采用小參數(shù)迭代法進(jìn)行求解，近似求得了螺旋槽內(nèi)液膜流場動壓分布的解析解。繼而可求出液體流速分布及泄漏量的大小。
　　利用多目標(biāo)優(yōu)化方法構(gòu)建了液膜剛度與泄漏量之比的協(xié)調(diào)函數(shù)，并對該目標(biāo)函數(shù)通過軟件Maple進(jìn)行實(shí)例近似求解，獲得了最佳的螺旋槽幾何參數(shù)值。并通過搭建相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)臺來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，完成了液體端面密封實(shí)驗(yàn)臺的測試系

5、統(tǒng)的總體方案設(shè)計、測試系統(tǒng)的硬件配置。測試了泄漏量和液膜軸向剛度，給出了液體端面密封實(shí)驗(yàn)的測試結(jié)果，并與理論計算近似值比較，進(jìn)行誤差分析。實(shí)驗(yàn)測出數(shù)值與計算結(jié)果較為吻合，表明本文所建立的上游泵送機(jī)械密封端面間氣體流動過程力學(xué)和數(shù)學(xué)模型是正確的，所編制的近似計算程序是可行的。
　　并且，本文求出的剛漏比協(xié)調(diào)函數(shù)是一無量綱式，具有普遍適用性。利用該式可獲得在不同工藝操作條件下的最佳螺旋槽幾何參數(shù)值，為干氣密封工程優(yōu)化設(shè)計提供了可靠的理