中高温密封端面轴向变形及液膜汽化特性研究

为研究中高温液体动压型机械密封端面变形规律及液膜汽化特性,建立涉及汽液两相流和密封环变形的计算模型;以螺旋槽液体机械密封为例,研究不同介质温度下密封端面轴向变形特征,以及润滑膜压力、温度及汽化特性与端面变形的关系。研究表明:动环最大、最小轴向变形分别位于螺旋槽的迎风侧堰区内径侧附近、背风侧中部,槽堰区的轴向变形呈周向波浪式变化;密封端面变形导致坝区膜压、膜温升高且堰区液膜汽化程度明显提高;介质温度升高时,润滑膜温度明显升高、开启力下降,坝区保持低汽化程度,堰区汽化程度提升明显,且当介质温度达393 K后,汽化程度的增速明显加大,即存在汽化突增的介质温度值;转速增大,润滑膜整体汽化程度下降。

基于流固耦合的接触式机械密封端面泄漏率的研究

由于没有考虑密封环端面变形的影响,采用经验公式计算接触式机械密封端面的泄漏率存在较大的误差。本文考虑了密封端面泄漏率受密封环端面变形的影响,采用ANSYS和MATLAB软件对密封端面泄漏率进行流固耦合数值求解。研究了密封介质压力pi、密封端面压差Δp、弹簧比压psp和密封端面综合粗糙度σ对接触式机械密封泄漏率Q的影响。通过试验,验证了不同密封介质压力下,密封端面泄漏率数值解的正确性。结果表明,考虑密封环端面变形的数值解比经验公式解更接近测量值。密封端面泄漏率随密封端面综合粗糙度和密封端面压差的增大而加速增大,随介质压力的增大而增大,随弹簧比压的增大而减速增大。本文通过对密封端面泄漏率数值求解,分析泄漏率的影响因素,以期为完善接触式机械密封失效机理起到一定的指导意义。

基于响应面法的船舶艉轴密封结构的优化设计

由于船舶密封长期处于复杂工况下,会使其密封性能大幅度下降,针对这一问题,对船舶艉轴密封结构优化设计问题进行了研究。首先,分析了船舶艉轴密封结构原理,并定义了摩擦功耗、密封端面最大变形、泄漏量为密封性能参数;然后,采用有限元方法,建立了船舶艉轴密封性能分析模型,确定了研究路线,通过计算得到了不同结构参数下船舶艉轴密封的密封性能变化规律;最后,采用响应面方法对密封动静环典型结构参数进行了多目标优化,建立了各密封性能参数的目标方程,通过设置各优化目标的满意度,得到了最优典型结构参数;搭建了船舶艉轴密封的实验台,对模拟结果进行了验证。研究结果表明:优化结构相较初始设计结构降低了9.8%的端面变形和5.7%的泄漏量;由此可见,该优化结构能够有效提高船舶密封的密封性能,可以为船舶艉轴密封的设计与优化提供思路。