涡轮泵用动静压型机械密封性能研究

作     者：谭锦涛 

作者单位：西华大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王和顺;张车宁

授予年度：2023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：动、静压型机械密封 流体润滑理论 性能参数 正交试验 优化 

摘      要：机械密封作为液体火箭发动机涡轮泵的组件,具有十分重要的作用,具有动、静压作用的非接触式机械密封可以很好的胜任涡轮泵的轴端密封。本文以涡轮泵用动、静压型机械密封作为研究对象,利用有限差分法求解动压部分雷诺方程,利用解析法推导出静压部分流量方程,通过数值法联立求解出动、静压相结合的流体膜压力分布情况,并研究各参数对该机械密封开启力、泄漏量、刚度和刚漏比等性能参数的影响,最后对主要结构参数进行正交试验优化设计,得到性能参数最佳的组合结构参数。主要结论如下:（1）随着密封端面间隙的增加,开启力、刚度和刚漏比一直减小,泄漏量一直增加;其中动压形成的开启力占比一直减小。（2）随着槽坝比的增加,开启力先增加后减小,当槽坝比为0.7时开启力最大;泄漏量一直增加;其中动压形成的开启力占比先增加后减小。（3）随着堰宽比的增加,开启力先增加后减小,当堰宽比为0.75时开启力最大;泄漏量先增加后减小,当堰宽比为0.8时泄漏量最大;其中动压形成的开启力占比先增加后减小。（4）随着槽数的增加,开启力总体上保持增加趋势;泄漏量一直增加;其中动压形成的开启力占比基本上一直增加。（5）随着槽深的增加,开启力和泄漏量先增加后减小,当槽深为2μm时开启力和泄漏量最大;其中动压形成的开启力占比先增加后减小。（6）随着节流孔个数的增加,开启力和泄漏量先增加后保持平稳;其中动压形成的开启力占比一直减小。（7）随着节流孔直径的增加,开启力和泄漏量先增加最后保持稳定;其中动压形成的开启力占比一直减小。（8）随着均压槽宽度的增加,开启力和泄漏量一直减小;其中动压形成的开启力占比一直增加。基于正交试验法对各结构参数以刚度和泄漏量为试验指标进行了试验,通过极差分析法和方差分析法明确了对刚度和泄漏量影响程度较大的因素。根据实际需求给出动、静压型机械密封的结构参数优化后的组合:δ=0.9、η=0.9、k=0.35、N=8、h=1μm、m=8、d=1.2mm、B=4.5mmδ=0.6、η=0.9、k=0.35、N=17、h=2μm、m=12、d=0.2mm、B=3.5mm