上游泵送機械密封液膜穩(wěn)動態(tài)特性分析.pdf

1、密封裝置在機械零部件中雖不起眼，但在機械裝置的運行過程中卻有著舉足輕重的作用，稍有不慎便釀成重大事故，事例不勝枚舉，特別是在石油化工行業(yè)以及航空航天工業(yè)中，機械裝置在高溫、高壓、高速等條件下運行，工作環(huán)境較為惡劣。當工作介質為液化氣體或高壓劇毒、腐蝕性、可燃性液體時，一旦密封不嚴將會導致泄漏，甚至引發(fā)火災、爆炸乃至人身傷亡等重大事件。因此，密封裝置被廣泛應用于高參數(shù)的工作環(huán)境中，對機械裝置的安全運行起到了至關重要的作用。目前，國內石油化

2、工行業(yè)普遍使用離心式壓縮機來輸送各類工藝液體、氣體，這些液體、氣體大多具有易燃、易爆、有毒的特性，為了防止或限制這些工藝液體、氣體沿壓縮機旋轉軸端部泄露到大氣中，須采用各種有效的軸端密封裝置。近年來，隨著密封技術的不斷發(fā)展和完善，出現(xiàn)了一種稱之為上游泵送機械密封的新型軸封，這種密封采用液體作為密封介質，是一種非接觸式新型軸端密封。相對于傳統(tǒng)的接觸式機械密封，這類密封具有以下優(yōu)點：運行無磨損，功耗小；泄漏量小，可實現(xiàn)零泄漏或者零逸出，越來

3、越多的泵、壓縮機、膨脹機和液體透平機等旋轉機械采用了此類密封。
　　本文以上游泵送機械密封為研究對象，對動靜環(huán)間的液膜流場進行了研究，通過數(shù)學計算及實驗研究兩種方法來研究上游泵送機械密封液膜流場的性能。并通過對液膜剛度的計算來展示說明不同的幾何參數(shù)及工況條件對密封性能產生的影響，目的是找到最佳槽型集合參數(shù)。
　　從N-S方程出發(fā)，基于針對上游泵送機械密封端面流場的基本假設，推導了螺旋槽內流動場的非線性雷諾方程。應用近似 PH

4、線性化方法，將非線性偏微分方程轉化為線性偏微分方程，再引入復函數(shù)將線性偏微分方程又變?yōu)閮蓚€線性實常數(shù)微分方程組，并采用小參數(shù)迭代法進行求解，近似求得了螺旋槽內液膜流場動壓分布的解析解。繼而可求出液體流速分布及泄漏量的大小。
　　利用多目標優(yōu)化方法構建了液膜剛度與泄漏量之比的協(xié)調函數(shù)，并對該目標函數(shù)通過軟件Maple進行實例近似求解，獲得了最佳的螺旋槽幾何參數(shù)值。并通過搭建相應的實驗臺來進行實驗驗證，完成了液體端面密封實驗臺的測試系

5、統(tǒng)的總體方案設計、測試系統(tǒng)的硬件配置。測試了泄漏量和液膜軸向剛度，給出了液體端面密封實驗的測試結果，并與理論計算近似值比較，進行誤差分析。實驗測出數(shù)值與計算結果較為吻合，表明本文所建立的上游泵送機械密封端面間氣體流動過程力學和數(shù)學模型是正確的，所編制的近似計算程序是可行的。
　　并且，本文求出的剛漏比協(xié)調函數(shù)是一無量綱式，具有普遍適用性。利用該式可獲得在不同工藝操作條件下的最佳螺旋槽幾何參數(shù)值，為干氣密封工程優(yōu)化設計提供了可靠的理