高溫熱油泵機械密封端面溫度場及傳熱特性的研究.pdf

1、高溫熱油泵作為石油石化行業(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)危險性大等特點。近幾年來，由機械密封失效導致的高溫熱油泵失效頻繁發(fā)生，給石油石化行業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟損失。而現(xiàn)階段對解決高溫熱油泵機械密封失效、優(yōu)化密封設(shè)計的基礎(chǔ)理論研究相對較少，特別是在其端面溫度場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：
　　⑴利用ANSYS軟件，建立高溫熱油泵機械密封摩擦副有限元分析模型;在考慮機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)耦合方法精確計算了機械密封摩擦副端面溫度分布;計算結(jié)果表明，對于正錐收斂型間隙，對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）對機械密封端面溫度場影響規(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;通過改變動環(huán)O形圈支撐位置，能夠有效降低密封端面溫升。
　?、苹跈C械密封端面微凸體高斯分布理論，推

3、導端面微凸體承載特性參數(shù)計算方程;計算了機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、實際接觸面積以及實際壓入深度。結(jié)合端面微凸體溫度計算方程，計算了高溫熱油泵機械密封端面微凸體所能達到的最大溫升，和ANSYS分析結(jié)果進行對比分析;采用算例驗證了端面微凸體溫升理論計算方法的正確性。
　?、抢肎AMBIT軟件，依據(jù)高溫熱油泵機械密封實際工況，建立高溫熱油泵機械密封腔熱平衡數(shù)值模型。采用FLUENT軟

4、件，利用數(shù)值模擬方法計算了高溫熱油泵機械密封軸傳導熱、腔體傳導熱、摩擦熱和攪拌熱。分析了不同軸徑和轉(zhuǎn)速對高溫熱油泵機械密封傳導熱、摩擦熱和攪拌熱的影響規(guī)律。針對高溫熱油泵機械密封傳導熱大的工況特點，對其傳導熱系數(shù)提出一種修正擬合方法，對參考標準API682中的傳導熱系數(shù)進行修正。
　?、葘Ρ确治隽思惺?jīng)_洗和分布式?jīng)_洗的密封環(huán)周圍溫度場、壓力場和沖洗液速度場分布規(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、壓力場和沖洗液速度場分布比較均勻?；诓煌S徑高溫熱油泵機械密封熱源熱量的數(shù)值模擬計算，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械密封試驗臺，通過對試驗密封外側(cè)溫度場的測量，對密封端面熱-結(jié)構(gòu)耦合溫度場進行驗證;通過對試驗臺軸扭矩的測量，對機械密封端面接觸壓力進行驗證;通過試驗得到試驗密封的熱源熱量，對機械密封腔