核主泵用流體動(dòng)壓型機(jī)械密封熱彈流潤(rùn)滑數(shù)值分析.pdf

1、針對(duì)核主泵流體動(dòng)壓型機(jī)械密封國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程緩慢，理論研究缺乏的現(xiàn)狀，為解決工程設(shè)計(jì)中熱流固耦合關(guān)系對(duì)核主泵機(jī)械密封性能影響的問(wèn)題，本文建立了同時(shí)滿足質(zhì)量守恒與能量守恒的有限元熱彈流模型，可對(duì)流體動(dòng)壓型機(jī)械密封進(jìn)行較準(zhǔn)確的性能預(yù)測(cè)，進(jìn)一步完善了核主泵流體動(dòng)壓型機(jī)械密封的工程設(shè)計(jì)理論。
　　本文主要針對(duì)現(xiàn)役核主泵流體動(dòng)壓型機(jī)械密封，分析其端面深槽作用機(jī)制、密封環(huán)在熱流固耦合作用下在變形規(guī)律及在不同工況下的運(yùn)行狀態(tài)。
　　本文基于有限

2、單元法，建立了同時(shí)滿足質(zhì)量守恒與能量守恒的三維熱彈流模型。通過(guò)引入 Fischer-Burmeister函數(shù)處理 JFO空化問(wèn)題中壓力與密度的非線性互補(bǔ)關(guān)系，將空化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為等式方程，實(shí)現(xiàn)了空化密度場(chǎng)與壓力場(chǎng)的同時(shí)迭代求解。使用影響因子法實(shí)現(xiàn)端面膜壓與端面變形的解耦，避免了動(dòng)靜環(huán)整體變形求解帶來(lái)的求解效率低的問(wèn)題。使用牛頓迭代法求解由雷諾方程、空化方程及軸向力平衡方程組成的彈流潤(rùn)滑分析方程組，具有極高的收斂性能與求解效率。使用松弛迭代法

3、整體求解由動(dòng)靜環(huán)熱傳導(dǎo)方程及液膜平均能量方程組成的溫度場(chǎng)循環(huán)，由此實(shí)現(xiàn)液膜黏性生熱量對(duì)動(dòng)靜環(huán)端面的自動(dòng)分配，從而保證傳熱模型的能量守恒。將彈流模塊作為壓力求解程序嵌入溫度場(chǎng)循環(huán)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械密封潤(rùn)滑端面的熱流固耦合。
　　使用本文提出的熱彈流潤(rùn)滑模型對(duì)常見(jiàn)的U型深槽流體動(dòng)壓型機(jī)械密封進(jìn)行分析，結(jié)果表明：傳統(tǒng)上認(rèn)為槽區(qū)局部冷卻形成的周期性溫度分布并沒(méi)有在密封端面產(chǎn)生大的周期性波度，反而是槽區(qū)局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)所產(chǎn)生的周期性力變形對(duì)周期性波

4、度的貢獻(xiàn)更大。關(guān)于深槽結(jié)構(gòu)參數(shù)的分析表明，隨著槽數(shù)與槽長(zhǎng)的增加，動(dòng)壓開(kāi)啟性能顯著提升，端面呈現(xiàn)較為明顯的波度，平衡膜厚顯著提升。在正常運(yùn)行時(shí)三級(jí)密封運(yùn)行狀況與密封性能均基本一致；而在全壓工況下，密封泄漏率急劇提升；在SBO及LOSC等極端工況下，密封端面將迅速發(fā)生接觸，若不及時(shí)采取措施，端面將發(fā)生接觸磨損而發(fā)生失效。
　　通過(guò)本文穩(wěn)態(tài)模型分析，從端面動(dòng)壓開(kāi)啟能力的角度，認(rèn)為Flowserve公司多槽數(shù)細(xì)長(zhǎng)槽的槽型結(jié)構(gòu)是深槽密封的優(yōu)