关键词：双向自泵送;;机械密封;;数值模拟;;稳定性;;试验验证
摘 要：近年来,非接触式机械密封为了适应工业设备的高参数化和长周期运行要求而飞速发展。非接触式机械密封根据旋转方向可分为单向旋转式以及双向旋转式。单向旋转式只能单向工作,反向旋转将造成密封端面的快速磨损导致密封过早失效。双向旋转式可以双向工作,可用于正反转的工况以及容易出现停机反转的机械设备上。本文提出了一种双向自泵送流体动静压型机械密封,其与现有的双向旋转式机械密封相比,具有密封性能优越、自清洁性、自润滑性和自冷却性强、无需辅助阻塞流体供应系统等优点。以动环开设螺旋槽,静环开设集流环槽和轴向孔道的双向自泵送流体动静压型机械密封为研究对象,利用Fluent对其端面流场进行数值模拟,研究比较机械密封双向旋转时的机械密封性能及其自清洁性能,初步探讨机械密封受到微小轴向扰动后的动力学特性,最后利用试验对机械密封的稳定性进行验证。主要研究工作和结论为:(1)在模拟软件Fluent中对双向自泵送流体动静压型机械密封的端面流场进行计算,在具有相同的结构参数(槽台宽比δ,槽长坝长比γ,槽数Ng)和工况参数(压差Δp,转速n)的条件下,分析比较机械密封泵出式与泵入式的密封性能。结果表明:泵出式不仅动压效应稍弱,且泵出式泄漏量也高于泵入式泄漏量,因此泵入式机械密封的密封性能优于泵出式机械密封的密封性能。(2)利用Fluent软件DPM模块的粒子追踪技术,克服试验中的不可控因素,对双向自泵送流体动静压型机械密封的自清洁性进行定量模拟分析。结果表明:双向自泵送流体动静压型机械密封泵出式除尘率高于泵入式除尘率;泵出式与泵入式的除尘率都会随着轴向孔道直径的增大而增大;当转速为5000rpm时,在一定结构参数下,无论泵出式或泵入式的自泵送机械密封其除尘率都最大。(3)建立双向自泵送流体动静压型机械密封在受到轴向扰动时的动力学模型,研究机械密封在轴向激励作用下静环的运动规律,初步探讨了机械密封的稳定性。结果表明:无论是泵出式或者是泵入式,在受到轴向扰动偏离平衡位置之后在轴向激励的作用下均可在4s内自行恢复到平衡位置,两者均具有良好的稳定性。(4)对双向自泵送流体动静压型机械密封的稳定性进行试验验证。试验发现机械密封的开启力在受到轴向扰动后会先增大,随后在4s内恢复到原有值的96%,研究结果表明双向自泵送流体动静压型机械密封的稳定性较好。
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