工况突变对流体静压型机械密封性能的影响研究

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核主冷泵用机械密封处于高温、高压工作环境中,受注入水量剧烈波动、主冷泵工作状态突变或密封辅助系统故障等的影响,密封介质温度将在短时间内瞬时升高或产生载荷突变(闭合力突然增加)。这些工况突变将会导致端面间的润滑状态恶化,引起端面磨损,泄漏率陡增,润滑液膜不稳定等一系列问题,造成机械密封偏离设计工况运行,严重影响了机械密封的稳定、安全和长寿命运行。因此,研究这些工况突变对密封性能的影响规律,对提高核主冷泵用机械密封的安全性和可靠性具有重要意义。   首先,考虑流体粘度随压力和温度的变化,针对工况突变对流体静压型机械密封性能的影响,建立了广义雷诺方程、能量方程和热传导方程的耦合理论模型(THD),并对这些控制方程进行了无量纲化,利用有限差分法对方程进行数值计算。在稳态工况下,研究了几何参数对流体静压型机械密封性能的影响规律,获得了最优几何参数值。   其次,在弱瞬态热传导和强瞬态热传导条件下,分别研究了非平衡态下密封介质瞬态温升对流体静压型机械密封性能的影响规律。结果表明,介质瞬态温升会破坏密封的原有状态;温升越快,密封性能参数波动幅度就越大,但最终达到的稳定值不变;考虑强瞬态热传导时的开启力峰值要比考虑弱瞬态热传导时的大,且泄漏率、摩擦力、摩擦扭矩及开漏比的变化趋势要缓慢。对应于不同的几何参数,介质瞬态温升对密封性能的影响也会有所不同。   最后,考虑了工况突变引起的膜厚变化,即轴向振动。结果表明,工况突变会导致流体静压型机械密封在短时间内从某个稳定状态迁移到另一稳定状态,液膜厚度及各密封性能参数相应地从某个平衡值变化到新的平衡值。   本文在计算过程中,对温升形式及传热边界条件进行了简化,真实模拟与实验模拟还有待开展。  
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