核主泵用流體動壓型機械密封熱彈流潤滑數值分析.pdf

1、針對核主泵流體動壓型機械密封國產化進程緩慢，理論研究缺乏的現(xiàn)狀，為解決工程設計中熱流固耦合關系對核主泵機械密封性能影響的問題，本文建立了同時滿足質量守恒與能量守恒的有限元熱彈流模型，可對流體動壓型機械密封進行較準確的性能預測，進一步完善了核主泵流體動壓型機械密封的工程設計理論。
　　本文主要針對現(xiàn)役核主泵流體動壓型機械密封，分析其端面深槽作用機制、密封環(huán)在熱流固耦合作用下在變形規(guī)律及在不同工況下的運行狀態(tài)。
　　本文基于有限

2、單元法，建立了同時滿足質量守恒與能量守恒的三維熱彈流模型。通過引入 Fischer-Burmeister函數處理 JFO空化問題中壓力與密度的非線性互補關系，將空化問題轉化為等式方程，實現(xiàn)了空化密度場與壓力場的同時迭代求解。使用影響因子法實現(xiàn)端面膜壓與端面變形的解耦，避免了動靜環(huán)整體變形求解帶來的求解效率低的問題。使用牛頓迭代法求解由雷諾方程、空化方程及軸向力平衡方程組成的彈流潤滑分析方程組，具有極高的收斂性能與求解效率。使用松弛迭代法

3、整體求解由動靜環(huán)熱傳導方程及液膜平均能量方程組成的溫度場循環(huán)，由此實現(xiàn)液膜黏性生熱量對動靜環(huán)端面的自動分配，從而保證傳熱模型的能量守恒。將彈流模塊作為壓力求解程序嵌入溫度場循環(huán)，以實現(xiàn)機械密封潤滑端面的熱流固耦合。
　　使用本文提出的熱彈流潤滑模型對常見的U型深槽流體動壓型機械密封進行分析，結果表明：傳統(tǒng)上認為槽區(qū)局部冷卻形成的周期性溫度分布并沒有在密封端面產生大的周期性波度，反而是槽區(qū)局部結構不連續(xù)所產生的周期性力變形對周期性波

4、度的貢獻更大。關于深槽結構參數的分析表明，隨著槽數與槽長的增加，動壓開啟性能顯著提升，端面呈現(xiàn)較為明顯的波度，平衡膜厚顯著提升。在正常運行時三級密封運行狀況與密封性能均基本一致；而在全壓工況下，密封泄漏率急劇提升；在SBO及LOSC等極端工況下，密封端面將迅速發(fā)生接觸，若不及時采取措施，端面將發(fā)生接觸磨損而發(fā)生失效。
　　通過本文穩(wěn)態(tài)模型分析，從端面動壓開啟能力的角度，認為Flowserve公司多槽數細長槽的槽型結構是深槽密封的優(yōu)