【摘要】： 隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展,機(jī)械密封的密封環(huán)境發(fā)生了深刻的變化,使得機(jī)械密封的操作條件更加苛刻和多樣化。高速高壓(高參數(shù))機(jī)械密封的實(shí)用化是當(dāng)今研究的重要課題之一。動(dòng)壓式機(jī)械密封對(duì)生產(chǎn)中的一些高參數(shù)密封而言,是一種非常有效的措施。 動(dòng)壓式機(jī)械密封是在密封環(huán)上開出各種形狀的流體動(dòng)壓槽,利用流體動(dòng)壓效應(yīng)在端面間產(chǎn)生一層極薄的流體膜,實(shí)現(xiàn)非接觸,以改善密封端面間的潤(rùn)滑狀況。與普通機(jī)械密封相比,動(dòng)壓式機(jī)械密封可以勝任普通機(jī)械密封難以達(dá)到的高參數(shù)工況,同時(shí)在普通工況下可大大降低密封面磨損,提高密封的可靠性,延長(zhǎng)密封壽命。作為當(dāng)今機(jī)械密封的高新技術(shù),已廣泛應(yīng)用于離心泵、離心機(jī)、離心式壓縮機(jī)和反應(yīng)釜等過(guò)程裝備上。 在綜合國(guó)內(nèi)外大量文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上,本文著重從計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)CFD的角度從整個(gè)未簡(jiǎn)化的流體力學(xué)控制方程出發(fā),基于有限體積法,采用FLUENT軟件對(duì)動(dòng)壓式機(jī)械密封流體膜的流場(chǎng)進(jìn)行模擬計(jì)算,解決了微尺度和宏觀尺度相結(jié)合而導(dǎo)致的網(wǎng)格劃分的難點(diǎn);應(yīng)用RNG k-ε湍流模型、SIMPLE算法,計(jì)算了密封端面的壓力分布、流體膜剛度和泄漏量等特性參數(shù);求解模擬得到的流場(chǎng)與文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)值相比較,得出了正確的流體膜壓力場(chǎng),并對(duì)密封特性做了相應(yīng)的理論分析。通過(guò)對(duì)動(dòng)壓槽的優(yōu)化設(shè)計(jì),分析了密封面的槽深比、角度和槽長(zhǎng)壩長(zhǎng)比等變化時(shí)對(duì)密封特性的影響。
【圖文】：

式中 ψ ——密封特性數(shù)，由密封型式?jīng)Q定；m ——指數(shù)，與動(dòng)密封型式有關(guān)，如旋轉(zhuǎn)端面密封 m = 1/ 2。摩擦系數(shù) f 與密封準(zhǔn)數(shù)G 的關(guān)系曲線稱為斯特里貝克曲線，圖1.1為機(jī)械密封 f -G特性。在摩擦學(xué)方面，斯特里貝克曲線作為劃分機(jī)械密封端面摩擦副間的摩擦狀態(tài)的重要依據(jù)，也是決定摩擦功耗、磨損量、摩擦發(fā)熱量以及端面溫度的主要影響因素。在實(shí)踐中，摩擦系數(shù)多數(shù)是在一定條件下用實(shí)驗(yàn)方法求得，常常通過(guò)測(cè)試端面摩擦扭矩來(lái)計(jì)算摩擦系數(shù)。圖 1.1 機(jī)械密封 f -G 特性摩擦系數(shù) f 與密封準(zhǔn)數(shù)G 都是說(shuō)明機(jī)械密封的工作狀況參數(shù)，但前者說(shuō)明密封端面的摩擦工況，而后者不僅說(shuō)明摩擦狀態(tài)，同時(shí)也說(shuō)明了狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，成膜難易程度和流體膜的承載能力。1.2 流體動(dòng)、靜壓潤(rùn)滑密封的流體潤(rùn)滑理論的主要內(nèi)容是流體膜潤(rùn)滑，由流體膜承載保持密封和潤(rùn)滑的成

槽、斜直線槽和螺旋槽等，其中最常用的槽形為螺旋槽或其組合。流體動(dòng)壓力的產(chǎn)生，是依靠密封面間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，槽的泵送效應(yīng)和臺(tái)階效應(yīng)。該類流體動(dòng)壓型機(jī)械密封可用于氣相環(huán)境或液相環(huán)境，但其原理不盡相同，用在氣相環(huán)境中即通常所說(shuō)的干氣密封，用在液相環(huán)境則為“上游泵送”機(jī)械密封。1.4.1 干氣密封干氣密封是指依靠幾微米的氣體薄膜潤(rùn)滑的機(jī)械密封,也稱為氣膜潤(rùn)滑密封。圖 1.3所示為螺旋槽、V 形槽(或三角槽)和袋式槽干氣密封結(jié)構(gòu),其槽深屬微米級(jí),其中螺旋槽最為常用。在動(dòng)環(huán)和靜環(huán)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),氣體進(jìn)入槽內(nèi),從外徑到中心氣體受到壓縮,壓力逐漸提高,在槽的根部形成局部高壓區(qū),氣體壓力產(chǎn)生的開啟力足以平衡閉合力而使端面分離,并形成一定厚度的氣膜，，從而使密封工作在非接觸狀態(tài)下。所形成的氣膜完全阻塞了相對(duì)低壓的密封介質(zhì)泄漏通道，實(shí)現(xiàn)了密封介質(zhì)的零泄漏。為了獲得必要的臺(tái)階動(dòng)壓和輸送動(dòng)壓效應(yīng),動(dòng)壓槽必須開在高壓側(cè)。
【學(xué)位授予單位】：大慶石油學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TH136

【引證文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2637210