高溫?zé)嵊捅脵C(jī)械密封端面溫度場(chǎng)及傳熱特性的研究.pdf

1、高溫?zé)嵊捅米鳛槭褪袠I(yè)的前處理或后處理工藝泵，具有輸送介質(zhì)溫度高，介質(zhì)危險(xiǎn)性大等特點(diǎn)。近幾年來(lái)，由機(jī)械密封失效導(dǎo)致的高溫?zé)嵊捅檬ьl繁發(fā)生，給石油石化行業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。而現(xiàn)階段對(duì)解決高溫?zé)嵊捅脵C(jī)械密封失效、優(yōu)化密封設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論研究相對(duì)較少，特別是在其端面溫度場(chǎng)和熱源熱量等方面的研究成果更為匱乏。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、爬肁NSYS軟件，建立高溫?zé)嵊捅脵C(jī)械密封摩擦副有限元分析模型;在考慮機(jī)械密封端面間隙類型、力變

2、形和熱變形的基礎(chǔ)上，采用熱-結(jié)構(gòu)耦合方法精確計(jì)算了機(jī)械密封摩擦副端面溫度分布;計(jì)算結(jié)果表明，對(duì)于正錐收斂型間隙，對(duì)著密封端面間隙的增大，其端面溫升逐漸升高。研究了結(jié)構(gòu)參數(shù)（載荷系數(shù)、端面寬度、O形圈支撐位置）和工藝參數(shù)（轉(zhuǎn)速、介質(zhì)壓力）對(duì)機(jī)械密封端面溫度場(chǎng)影響規(guī)律;分析結(jié)果表明，密封端面溫升隨著載荷系數(shù)、端面寬度和轉(zhuǎn)速的增加而升高;通過(guò)改變動(dòng)環(huán)O形圈支撐位置，能夠有效降低密封端面溫升。
　?、苹跈C(jī)械密封端面微凸體高斯分布理論，推

3、導(dǎo)端面微凸體承載特性參數(shù)計(jì)算方程;計(jì)算了機(jī)械密封端面微凸體在承載工況下的彈塑性交界面位置、塑性接觸面積、彈性接觸面積、實(shí)際接觸面積以及實(shí)際壓入深度。結(jié)合端面微凸體溫度計(jì)算方程，計(jì)算了高溫?zé)嵊捅脵C(jī)械密封端面微凸體所能達(dá)到的最大溫升，和ANSYS分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析;采用算例驗(yàn)證了端面微凸體溫升理論計(jì)算方法的正確性。
　　⑶利用GAMBIT軟件，依據(jù)高溫?zé)嵊捅脵C(jī)械密封實(shí)際工況，建立高溫?zé)嵊捅脵C(jī)械密封腔熱平衡數(shù)值模型。采用FLUENT軟

4、件，利用數(shù)值模擬方法計(jì)算了高溫?zé)嵊捅脵C(jī)械密封軸傳導(dǎo)熱、腔體傳導(dǎo)熱、摩擦熱和攪拌熱。分析了不同軸徑和轉(zhuǎn)速對(duì)高溫?zé)嵊捅脵C(jī)械密封傳導(dǎo)熱、摩擦熱和攪拌熱的影響規(guī)律。針對(duì)高溫?zé)嵊捅脵C(jī)械密封傳導(dǎo)熱大的工況特點(diǎn)，對(duì)其傳導(dǎo)熱系數(shù)提出一種修正擬合方法，對(duì)參考標(biāo)準(zhǔn)API682中的傳導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行修正。
　?、葘?duì)比分析了集中式?jīng)_洗和分布式?jīng)_洗的密封環(huán)周圍溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)和沖洗液速度場(chǎng)分布規(guī)律;得到集中式?jīng)_洗密封周圍溫升從沖洗口位置沿著轉(zhuǎn)速一周溫度逐漸升高，

5、分布式?jīng)_洗密封周圍溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)和沖洗液速度場(chǎng)分布比較均勻?；诓煌S徑高溫?zé)嵊捅脵C(jī)械密封熱源熱量的數(shù)值模擬計(jì)算，分析了其熱平衡沖洗量;研究了不同喉口襯套直徑間隙的穩(wěn)壓作用;得到不同軸徑喉口襯套直徑間隙、壓差和熱平衡沖洗量的關(guān)系曲線。
　?、刹捎脵C(jī)械密封試驗(yàn)臺(tái)，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)密封外側(cè)溫度場(chǎng)的測(cè)量，對(duì)密封端面熱-結(jié)構(gòu)耦合溫度場(chǎng)進(jìn)行驗(yàn)證;通過(guò)對(duì)試驗(yàn)臺(tái)軸扭矩的測(cè)量，對(duì)機(jī)械密封端面接觸壓力進(jìn)行驗(yàn)證;通過(guò)試驗(yàn)得到試驗(yàn)密封的熱源熱量，對(duì)機(jī)械密封腔