上游泵送機械密封內部非定常流動及振動特性研究.pdf

1、上游泵送機械密封作為一種利用動壓效應實現(xiàn)非接觸式密封的結構，近年來受到諸多研究者的關注和研究。對于微米級的密封間隙，內部流動的瞬態(tài)特性和密封件的振動特性都將對潤滑膜的穩(wěn)定性和密封潤滑性能產生直接影響，是關系密封性能和壽命的重要問題，而這方面的研究目前還十分欠缺。本文在國家自然科學基金項目（51279067）和航空科學基金項目（201328R3001）的資助下，以上游泵送機械密封為研究對象，針對密封內部非穩(wěn)態(tài)流動特性及其誘發(fā)密封環(huán)振動的機

2、理進行研究，分析密封環(huán)變形規(guī)律和端面槽型改進成效，探索非接觸式機械密封非穩(wěn)態(tài)研究方法，主要研究工作及結論如下。
　　在前人對上游泵送機械密封內部流場穩(wěn)態(tài)研究的基礎上，建立非穩(wěn)態(tài)流動計算模型，采用數(shù)值分析方法對潤滑膜內部流場進行非定常分析，研究了非定常流動特性對內流場壓力、速度及密封性能的影響規(guī)律，得出動靜干涉產生強烈的壓力脈動是非定常流動現(xiàn)象的重要特征，也是影響液膜開啟力變化和內流場出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象的主要原因。
　　在密封間隙

3、內流場壓力脈動特性分析的基礎上，應用BVF診斷方法對內流場特性進行進一步分析，探索非接觸式機械密封的密封性能及內部流動穩(wěn)定性的評判方法，研究螺旋槽改進與密封性能的關系并進行試驗驗證，獲得性能更優(yōu)的槽型改進方案。結果表明：將速度場、壓力脈動和邊界渦量流三者一起作為綜合分析評判密封性能穩(wěn)定性的依據(jù)是可行性的；槽根倒圓能提升動壓效應和液膜開啟力，但存在最佳徑長比Rr值。
　　考慮潤滑膜瞬態(tài)激勵對密封環(huán)變形的影響，以密封內部流場非定常流動

4、研究為基礎，建立非穩(wěn)態(tài)單向流固耦合模型，對密封環(huán)及潤滑膜整體進行非穩(wěn)態(tài)流固耦合計算，研究密封環(huán)變形規(guī)律及其對密封穩(wěn)定性的影響關系，以及槽型改進對密封穩(wěn)定性的影響。研究表明：兩種模型的密封環(huán)最大等效應力、最大變形均發(fā)生在螺旋槽槽根處，且存在周向變形和軸向變形，但周向變形為主。
　　在考慮水力因素和機械因素的情況下，對上游泵送機械密封進行模態(tài)分析，研究密封環(huán)的振動特性，比較分析槽型改進對振動特性的影響。研究可知：在所研究對象及工況下密