孔槽耦合端面液体机械密封性能研究

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零泄漏非接触是动压型液体机械密封的最佳性能,它的实现是当前及今后机械密封研究的热点和方向。目前,国内外学者的研究表明:微孔端面液体机械密封具备良好的润滑性能,是实现“非接触”的有效途径;螺旋泵送槽端面液体机械密封能够有效阻碍液体的泄漏,有望实现“零泄漏”。本文从兼顾润滑和密封性能的角度出发,着重研究微孔和泵送槽相结合端面的孔槽耦合液体机械密封性能,为实现零泄漏非接触性能提供基础。   本文首次将动边界数值模拟方法引入机械密封内流场研究中,解决了润滑膜厚度不可预知和人为预定膜厚带来与实际不符合的问题,更真实地模拟和分析内流场特性,并通过正交试验法下的模拟和试验优化孔槽耦合端面机械密封的槽参数。研究结论如下:   (1)粘性流体流经渐缩截面可能产生动压效应,微孔的渐缩截面具备产生动压效用的能力,本文研究的孔槽耦合端面液体机械密封与普通机械密封相比,端面开启力更大、摩擦力更小、泄漏量更小,表明孔槽耦合端面液体机械密封是达到零泄漏非接触的有效途径。   (2)正交试验法可以有效分析机械密封端面造型参数对特性的影响关系,且研究工作量仅为单一参数研究法的10%以内,是一种机械密封端面造型优化的高效方法。   (3)数值模拟研究的结果表明:在本文研究范围内,最优的孔槽耦合端面液体机械密封槽型参数为:螺旋角16o,槽深6μm,槽径比0.6,槽数14,其中槽径比对性能影响最大,螺旋角比槽数更重要,当槽深小于8μm时,槽深参数的重要程度下降。   (4)试验测试的结果表明:在本文研究范围内,最优的孔槽耦合端面液体机械密封槽型参数为:螺旋角16°,槽区堰区比1,槽径比0.4-0.6,槽数12,试验结果与模拟计算结果比较吻合,但试验中槽数对孔槽耦合端面液体机械密封的性能影响比数值模拟结果略大。
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