关键词：机械密封;;泄漏率;;多孔介质;;微通道;;表面润湿性
摘 要：长期以来,节约能源、保护环境和安全生产的时代要求,使得机械密封的泄漏问题一直是众多学者研究的热点。与非接触式机械密封相比,接触式机械密封不仅结构简单,制造低廉,维护方便,而且在同样的生产条件下,同样能获得良好的密封性能。然而在计算接触式机械密封泄漏率时,现有的理论和模型并不完善,使得计算值与实际值相比偏大或偏小。为此,本文以接触式机械密封为研究对象,以提取的真实密封界面为样本,建立基于多孔介质分形理论的泄漏率模型,并考虑表面润湿性在微通道流体流动中的重要作用,探讨润湿性对泄漏率的影响,主要研究工作如下:(1)采集了真实密封端面的形貌数据,建立了动、静环微凸体接触模型。使用逆向工程原理,生成了密封端面的真实粗糙形貌,并将机械密封端面间的复杂接触简化为一个刚性光滑平面与一个弹性粗糙平面的接触。(2)揭示了不同端面比压下的端面形貌参数的变化规律。使用ANSYS有限元分析软件对不同端面比压下的端面形貌变化进行研究,计算了孔隙率、分形维数和最大孔隙直径等参数并分析了它们的变化规律。(3)构建了具有不同表面接触角的微通道,用以模拟实际泄漏通道中的润湿性影响。分析了流体在微通道内的流动特性,引入润湿性对泄漏率的影响因子,并建立了影响因子关于接触角的关系式。(4)基于修正的Hagen-Poiseulle方程,考虑表面润湿性对泄漏率的影响,建立了接触式机械密封泄漏率关于表面接触角、密封介质压力、粘度系数、分形维数以及最大孔隙直径等参数的理论模型。本论文从一个新的角度开展接触式机械密封泄漏问题的研究,研究结果对于准确计算和预测泄漏率,进而开展泄漏抑制研究,延长其使用寿命具有重要的理论意义。
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