上游泵送機(jī)械密封流固熱耦合研究.pdf

1、上游泵送機(jī)械密封因其在流體潤滑、泄漏小甚至無泄漏等方面的優(yōu)勢而得到廣泛關(guān)注和研究，但因液體摩擦等的相對復(fù)雜性，其研究和推廣進(jìn)程遠(yuǎn)不如干氣密封。上游泵送機(jī)械密封運(yùn)行中的熱、力變形是直接影響密封性能和使用壽命的重點(diǎn)問題，也是涉及多場耦合和跨尺度微間隙流動的復(fù)雜問題，這方面的研究，無論在理論模型、計算方法還是試驗手段等方面尚有諸多需要深入研究解決的問題。本文在國家自然科學(xué)基金(51279067)和航空科學(xué)基金項目(201328R3001)的資

2、助下，通過上游泵送機(jī)械密封流固熱多場耦合模型的建立，模擬計算和試驗對比分析，研究密封環(huán)熱、力變形特征及其對密封性能的影響，為上游泵送機(jī)械密封的進(jìn)一步研究和應(yīng)用提供理論參考依據(jù)。
　　本文在前人研究基礎(chǔ)上，建立了螺旋槽上游泵送機(jī)械密封液膜三維微間隙流場熱特性分析模型、熱-力耦合模型、雙向流固耦合模型及雙向流固熱耦合模型。模擬研究了液膜內(nèi)流場、密封環(huán)及液膜熱特性、密封環(huán)熱-力變形特性，以及熱-力變形、密封環(huán)材料和運(yùn)行工況等對密封性能的

3、影響關(guān)系，獲得如下研究結(jié)論:
　　1.密封微間隙液膜熱特性對密封性能有著明顯的影響，考慮熱特性后，計算開啟力減小;在本文研究參數(shù)范圍內(nèi)，上游泵送機(jī)械密封端面槽型參數(shù)對開啟力影響較大，對摩擦扭矩和溫升的影響相對較小。
　　2.熱-力耦合模擬研究表明，密封環(huán)熱變形為膨脹變形、力變形為壓縮變形，密封端面熱、力變形方向基本相反，一般熱變形量大于力變形量，兩者具有一定的抵消作用;密封環(huán)轉(zhuǎn)速對熱-力耦合變形的影響大于密封介質(zhì)的影響;熱膨

4、脹系數(shù)和熱導(dǎo)率小的密封材料有利于減小變形量。
　　3.流固耦合模擬研究表明，密封端面最大變形量發(fā)生在螺旋槽內(nèi)側(cè)，且沿周向呈現(xiàn)波浪形變形;動環(huán)和靜環(huán)均采用碳化硅時，變形量最小，動環(huán)為碳化硅、靜環(huán)為碳石墨時變形量次之，反之，變形量最大。
　　4.雙向流固熱耦合模擬研究表明，靜環(huán)應(yīng)力主要集中于密封環(huán)背面，同時，研究得到靜環(huán)的最大應(yīng)力。最大溫升和變形量隨轉(zhuǎn)速、介質(zhì)壓力的變形規(guī)律;密封端面摩擦扭矩的模擬結(jié)果與試驗結(jié)果具有較好的一致性，