槽腔耦合端面液體機械密封內(nèi)流場及性能研究.pdf

1、機械密封在流體機械、動力機械等機械設備或系統(tǒng)中得到廣泛應用，機械密封的摩擦副端面是主要密封端面，是決定其密封性能、摩擦性能和工作壽命的關鍵。為了改善機械密封端面的密封潤滑狀況，人們在密封端面加工各種形狀的幾何形貌，以產(chǎn)生動壓效應和泵送效應，以期實現(xiàn)零泄漏、非接觸目的。對于端面造型液體機械密封內(nèi)流場特性及密封潤滑機理的研究已成為當前機械密封研究的熱點和方向之一。
　　 本文以本課題組提出的槽腔耦合造型端面液體機械密封為研究對象，從

2、摩擦潤滑理論和粘性流體力學角度分析其內(nèi)部流動及其與密封、潤滑性能的關系。首先通過Pro/E和Gambit建立端面螺旋槽與微凹腔組合造型的幾何模型，根據(jù)端面堪區(qū)微凹腔不同的分布位置提出了三種不同槽腔耦合方案，利用Fluent分別對三種方案端面內(nèi)流場進行了數(shù)值模擬和對比分析，獲得較合理的端面槽、腔位置匹配關系。研究表明，槽腔耦合造型密封端面螺旋槽產(chǎn)生的泵送效應能夠有效抵抗由密封介質(zhì)所產(chǎn)生的壓差效應，減少或消除端面介質(zhì)泄漏，同時微凹腔區(qū)域產(chǎn)生

3、明顯的流體動壓潤滑效應，并與螺旋槽產(chǎn)生的動壓效應相互疊加、耦合，形成了以周向流動為主的動態(tài)流體膜，實現(xiàn)了動靜環(huán)摩擦副的非接觸運轉(zhuǎn)，減少端面摩擦副的磨損。對泵送效應、動壓效應和端面摩擦磨損的綜合分析表明，微凹腔分布在密封環(huán)內(nèi)徑側(cè)堰區(qū)的槽腔耦合造型端面機械密封性能最佳。
　　 在數(shù)值模擬的基礎上，對三種槽腔耦合方案和激光加工微凹腔端面機械密封進行了性能試驗。結(jié)果表明，激光加工微凹腔機械密封端面潤滑性能優(yōu)越，但泄漏量較大；與其它方案相

4、比，微凹腔分布在密封環(huán)內(nèi)徑側(cè)的槽腔耦合造型機械密封具有較好的端面密封性能，能有效降低端面摩擦磨損，更適用于高壓、高速的運轉(zhuǎn)工況。試驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果吻合。
　　 結(jié)合數(shù)值模擬和試驗結(jié)果，對微凹腔分布在密封環(huán)內(nèi)徑側(cè)的槽腔耦合幾何參數(shù)匹配關系進行初步探索，通過端面微凹腔和螺旋槽幾何參數(shù)對性能影響的研究，獲得本文研究的工況參數(shù)下微凹腔幾何參數(shù)適宜的取值范圍為0.5≤σ≤0.8和0.5≤δ≤0.7，螺旋槽幾何參數(shù)適宜的取值范圍為16°