收敛锥面型机械密封端面流场研究

作     者：肖锋 

作者单位：西华大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王和顺

授予年度：2014年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：密封 机械密封 静压式机械密封 收敛锥面 端面锥角 

摘      要：静压式收敛锥面型机械密封主要应用于核主泵中,密封性能的好坏将直接决定核主泵的工作性能。对其密封性能的研究具有重大的意义。 本文主要对静压式收敛锥面型机械密封结构的流场进行了分析。建立了流场的数学模型,使用Matlab软件进行了详细的计算分析。同时,采用Fluent软件对密封的流场进行了数值模拟,与理论计算值进行了对比,得到了密封的结构参数(收敛角度、液膜厚度、收敛长度比)对密封性能(开启力、泄漏量、刚度)的影响规律。主要结论如下： (1)在液膜厚度与收敛长度比一定的情况下,收敛角度对端面的压力分布有较大影响。随着收敛角度的增加,端面的压力分布呈近似对数状分布,收敛锥形段的静压效应显现出来;而当收敛角度大于10分后,收敛锥形段的压力趋于平缓,收敛锥形段的静压效应的作用逐渐降低。 (2)当液膜厚度与收敛长度比不变时,随着收敛角度的增加,开启力与泄漏量也随之增加,初始时增加的很快,当收敛角度大于10分后,增加的趋势缓慢下来,而后直至平稳。而刚度初始时迅速增加,在1分左右时达到最大值,而后逐渐的减小,直至平稳。收敛角度取1分到2分之间时,可获得较好的密封性能。 (3)当收敛长度比与收敛角度不变时,随着液膜厚度的增加,开启力逐渐减小,泄漏量近似呈指数状增加,刚度初始时迅速增加,约在4μm时达到最大值。考虑泄漏量的影响,液膜厚度在10μm至20μm之间取值时,可获得较好的密封性能;(4)当液膜厚度与收敛角度不变时,随着收敛长度比的增加,开启力、泄漏量及刚度都随着增加,在初始时增加的较快,当收敛长度比B大于4之后,增加的趋势缓慢下来,而后直至平稳。在收敛长度比在2到3之间取值时,可获得较好的密封性能。 (5)数值模拟的结果与理论计算结果的变化规律基本上一致。由于理论计算过程中忽略了转速带来的影响,数值模拟的结果偏小一些。