上游泵送機(jī)械密封固液兩相潤(rùn)滑的研究.pdf

1、上游泵送機(jī)械密封因其能夠?qū)崿F(xiàn)流體潤(rùn)滑、泄漏少甚至是無泄漏等優(yōu)勢(shì)而備受重視和廣泛研究，在密封運(yùn)行過程中，因固體顆粒的進(jìn)入導(dǎo)致密封端面泵送槽堵塞、端面磨損等現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生，嚴(yán)重時(shí)喪失泵送能力甚至導(dǎo)致密封失效。為此，本文在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51279067)和航天航空基金項(xiàng)目(201328R3001)的資助下，針對(duì)上游泵送機(jī)械密封微間隙內(nèi)固-液兩相流動(dòng)及其對(duì)密封性能的影響進(jìn)行研究，以期探索微間隙兩相流動(dòng)特性和對(duì)密封性能的影響規(guī)律，為密封的深

2、入研究和開發(fā)提供理論參考依據(jù)。
　　本文建立了螺旋槽上游泵送機(jī)械密封微間隙液膜三維分析模型，并對(duì)其內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，通過微間隙內(nèi)速度場(chǎng)分析間隙液膜內(nèi)泵送效應(yīng)和動(dòng)壓效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，依據(jù)固-液兩相流動(dòng)的連續(xù)介質(zhì)理論，建立上游泵送機(jī)械密封微間隙內(nèi)的兩相流動(dòng)分析模型，采用混合物模型進(jìn)行數(shù)值模擬，研究進(jìn)口顆粒濃度和運(yùn)行工況對(duì)間隙內(nèi)固體顆粒分布的影響規(guī)律，以及固體顆粒對(duì)螺旋槽上游泵送機(jī)械密封膜壓分布、流體膜開啟力、摩擦扭矩以及

3、泄漏量等性能的影響關(guān)系，并將單相、兩相的模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。
　　研究表明，上游泵送機(jī)械密封螺旋槽內(nèi)徑側(cè)出現(xiàn)明顯的泵送速度并在槽內(nèi)形成泵送流，槽根處出現(xiàn)的最高壓力成為液膜開啟力的主要來源;受槽根高壓的影響，槽內(nèi)部分液體發(fā)生周向偏轉(zhuǎn)，槽內(nèi)徑側(cè)少量流體出現(xiàn)反向流動(dòng)，成為產(chǎn)生泄漏的主要因素。
　　微間隙兩相介質(zhì)流動(dòng)中，固體顆粒主要集中于螺旋槽槽根半徑處和槽邊緣密封壩附近;螺旋槽和密封間隙內(nèi)分布的顆粒濃度隨進(jìn)口顆粒濃度的

4、增大而增大;隨著轉(zhuǎn)速的增大，間隙液膜內(nèi)高顆粒濃度區(qū)域變小，且由連續(xù)分布變?yōu)椴贿B續(xù)分布;越接近槽區(qū)的垂直于軸的截面內(nèi)顆粒分布濃度越大，分布規(guī)律越明顯;密封介質(zhì)壓力提升，顆粒擴(kuò)散減弱，易造成顆粒的堆積;槽內(nèi)和間隙液膜內(nèi)顆粒相的平均體積分?jǐn)?shù)隨轉(zhuǎn)速的增大而減小。
　　顆粒的介入使間隙流體膜內(nèi)的壓力、開啟力均有所增大，且隨進(jìn)口顆粒濃度、介質(zhì)壓力、轉(zhuǎn)速的增大而增大。摩擦扭矩和泄漏量均隨進(jìn)口顆粒濃度的增大而增大。高顆粒濃度分布區(qū)域與實(shí)際運(yùn)行密封