核主泵用机械密封摩擦学性能研究进展

核主泵是核电厂的核心元件,核主泵机械密封在其中起到防止介质泄漏的作用。当前,我国核主泵密封装置相关技术和产品受到国外垄断限制,核主泵摩擦副在运行状态下泄漏严重破坏核电系统的稳定运行和长周期服役,其摩擦学性能直接影响核主泵的运行性能。对于动压式核主泵机械密封,若没有处于完全液膜润滑状态,密封装置会出现异常磨损和泄漏率增大导致核主泵故障。针对核主泵摩擦副的液膜特性,从数学模型计算和软件仿真两方面分析。对温度场、速度场和应力场等进行分析,总结了密封环及副密封材料、端面热变形对摩擦学性能的影响,概述了端面形状的动压润滑机理及波度面、槽型结构和加工方法等因素对摩擦磨损的影响,为核主泵密封性能的提高和可靠运行提供理论基础。

螺旋槽异型结构参数对密封润滑膜汽化特性及性能的影响

为了了解螺旋槽异型结构参数对密封润滑膜汽化特性及性能的影响,建立了涉及饱和蒸汽压力与温度关系、黏温效应和流体内摩擦效应的密封润滑膜汽化计算模型,对比研究了螺旋槽、Z型槽和雁型槽密封的润滑膜汽化特性和密封性能.研究表明:液膜汽化主要发生在槽堰区及其附近坝区;Z型槽和雁型槽的外槽根周向槽具有储压作用,Z型槽内槽根周向槽有槽区汽化抑制作用.Z型槽密封的开启力明显高于雁型槽和螺旋槽密封,雁型槽密封的开启力略优于螺旋槽密封;Z型槽密封的润滑膜汽化程度最低、泄漏量最小.Z型槽密封开启力在径向偏转系数为0.500~0.625、周向偏转系数为0.375~0.500时取得最大值,但随螺旋角的增大呈近线性下降;润滑膜平均气相体积分数在径向偏转系数为0.625左右、周向偏转系数为0.375、螺旋角为20°左右时获得最小值;泄漏量在径向偏转系数为0.625左右、周向偏转系数为0.500时获得最小值,但随螺旋角的增大呈近线性增大.

动压型机械密封内流场及性能的流固热耦合

为了分析液体动压型机械密封环变形对间隙液膜特性的影响,基于Workbench平台建立动环-液膜-静环的双向流固热耦合计算模型,对变形后的内流场进行模拟计算,对双向流固热耦合前后内流场的压力、温度以及螺旋槽内速度进行对比分析,并比较了流固热耦合后开启力、摩擦扭矩以及泄漏量的变化.研究结果表明:经过双向流固热耦合计算后,液膜在动环端面附近受压缩,在静环端面附近沿周向呈明显波浪状周期性波动,外径处液膜平均厚度减小、内径处液膜平均厚度增大,液膜厚度最大变化约16.0%;双向流固热耦合前后压力场、温度场分布规律类似,但液膜最高压力明显变大,在文中计算工况下变大约67.0%,液膜最高温度略有变大,螺旋槽根部附近液体流速降低;考虑了流固热耦合变形后,液膜开启力变大,摩擦扭矩略微变大,泄漏量明显变大,且转速越高各密封性能参数的变化越大.

端面变形对液体动压型机械密封液膜瞬态特性的影响

建立动环-液膜-静环动压型机械密封双向流固耦合模型,针对逆流泵送状态,对密封环及液膜流场进行非定常耦合计算,分析了密封环变形和液膜压力的瞬态特性,并通过流固耦合前后流场对比,分析了密封环端面变形对液膜压力脉动的影响。研究结果表明:与未考虑变形时相比,双向流固耦合计算结果更加符合实际;静环端面变形随时间呈周期性变化,且越靠近内径出口处,变形量的波动程度越大;密封环端面变形对外径处压力脉动影响较小,但会明显增强内径处压力脉动,且转速越大,压力脉动增强的程度越大,介质压力在压力较低的工况下对变形后液膜压力脉动程度的影响不明显;密封环端面的变形只影响压力脉动的程度,不改变压力脉动的频率。

波纹管型机械密封的动压力分析及疲劳计算

对波纹管型机械密封进行受力分析,探讨波纹管工作时所受力波动变化的原因并提出计算公式。分析表明,波纹管型机械密封的动环在高速转动时,波纹管由于自身结构及制造安装误差造成的机械密封动环及静环的不平行,将导致动环和静环之间流体形成变化的动压力,而动压力的波动变化,是导致波纹管发生疲劳破坏的主要原因。采用ANSYS软件对J113-070/UBEGCF波纹管在一定工况下进行静应力分析,找出受应力最大的节点并计算其寿命。

表面粗糙度对液膜润滑动压型机械密封性能的影响

以激光加工多孔端面机械密封为研究对象,建立符合Gauss概率分布的表面粗糙度模型,利用Fluent软件模拟研究了密封端面不同部位表面粗糙度对密封性能的影响规律,并通过正交试验进一步分析了不同部位粗糙度对密封性能的影响程度.结果表明:液膜开启力和摩擦扭矩随端面粗糙度、转速的增大而增大;泄漏量随端面粗糙度的增大而减小、随转速的增大而增大;3个部位表面粗糙度对开启力增大、摩擦扭矩增大和泄漏量减小的影响程度为动环凹腔区粗糙度影响最大,静环端面粗糙度影响次之,动环非凹腔区粗糙度影响最小.

抛物线型流体静压型机械端面密封数值分析

以小型水下航行器艉轴用机械密封为研究对象,提出了抛物线型流体静压型机械端面密封(PHS-MS)二维轴对称模型;兼顾流体粘度随压力和温度的变化,采用有限差分法对Reynolds方程、能量方程、热传导方程及其他控制方程组成的耦合数学模型进行了数值计算;在相同的几何与环境参数下,通过PHS-MS与传统锥形(锥角β)流体静压型机械端面密封(CHS-MS)密封性能对比,表明在同等开启力下,PHS-MS泄漏量更小,提高了小型水下航行器运行的安全性及航程;研究了几何参数对PHS-MS密封性能的影响规律,获得了最优几何参数。

ARX在流体动压型机械密封中的运用

以动压机械密封辅助工具为实例介绍了使用MFC的ARX应用程序开发的基本框架以及在AutoCAD中自动加载外部命令并在菜单中实现的方法。

动压型机械密封端面液膜相变理论研究进展

随着动压型非接触式机械密封应用领域的扩展和运行工况的复杂化,液膜相变成为影响其工作稳定性和可靠性的关键因素之一。针对端面液膜汽化和液膜空化2种相变类型,分析汽化和空化现象的产生机制,介绍常见的几类相变模型,如Thermal Lattice Boltzmann模型和Zwart-Gerber-Belanri模型等,综述端面型槽结构参数和工况参数对液膜相变程度影响规律的研究进展。指出在相变影响的研究方面,目前的研究主要集中在单因素对槽结构参数或工况参数的影响上,而对多因素综合影响的研究还不够深入。提出液膜相变问题未来可能的发展方向:汽化与空化综合作用理论计算模型的创新、极端工况下液膜相变与密封稳定性的关联、相变监测技术的突破。

核主泵流体动压型机械密封辅助密封圈有限元模型与性能分析

机械密封是核电站反应堆冷却剂泵的关键部件。某核主泵机械密封运行过程中,产生了第三级密封前压力下降和密封泄漏量增加的现象。为分析根本原因,采用有限元软件建立了核主泵流体动压型机械密封辅助密封圈的二维轴对称模型。分析了辅助密封圈在安装状态、正常工作压力及全系统压力下的位移分布、Mises应力分布和接触压力分布,研究了密封介质压力对密封圈变形、应力和接触压力的影响规律。结果表明:现有的辅助密封圈能够在正常工况下起到密封作用;辅助密封圈与插入件直接接触,产生了微动磨损;挡圈与插入件间存在间隙,没有发生磨损的可能;辅助密封圈位移、Mises应力、接触压力和接触宽度随密封介质压力的增加而增大;挡圈避免了辅助密封圈被挤入间隙内而损坏。

AMP热模锻压力机湿式离合Z型机械密封失效原因分析

在AMP热模锻压力机湿式离合维修过程中,Z型机械密封失效是制约该设备稳定性的主要因素。基于此,介绍了Z型机械密封的结构及工作原理,针对该密封失效的原因进行了分析并对安装过程中注意事项提出了建议,以期为相关行业提供参考。

探讨核主泵用流体静压型机械密封在高压和高速下的机械密封性能

将核主泵用流体静压型机械密封作为研究的对象,其中考虑到密封圈的影响,在高速和高压情况下,端面热弹变形很容易影响到其展现出来的密封性能的特点,因此采用有限元法阐述密封环的热弹变形,对其密封性能做出一定的分析。该文核主泵用流体静压型机械密封在高压、高速的条件下,高压会导致密封端面力变形,而高速环境中则会使端面间流体膜因粘性剪切作用,同时再加上旋转组件的搅拌生热,在整个机械密封的温度场发生改变的同时,密封环也产生了变形。

短型机械密封的应用实例

介绍了几个短型机械密封的应用实例，提出了短型机械密封的判定参数，并就发展短型机械密封提出了几点意见。

大补偿弹性机械鞋型密封装置的安装应用

陈山油库始建于70年代初期,在对其6#、8#原有老储罐进行内浮盘更换施工时,经过现场检测储罐的椭圆度和垂直度存在超标情况,储罐壁板局部变形较大,浮盘与罐壁间采用大补偿机械鞋型密封的安装,解决了老储罐浮盘与罐壁之间密封的问题,达到了降低油品挥发损耗的目的。

工况参数对机械密封液膜汽化特性及性能的影响

为了研究动压型机械密封液膜汽化特性和密封性能,建立了涉及水的饱和温度与压力的关系、黏温效应以及牛顿流体内摩擦效应的密封间隙液膜汽化计算模型,以螺旋槽机械密封为例分析了工况变化对液膜汽化特性及密封性能的影响规律。研究结果表明:介质温度升高时,存在平均气相体积分数突增的临界温度值,且随转速的增大临界温度值增大;介质压力和转速的增大对汽化有抑制作用,转速增大易使较高的汽化程度迅速降低且在某转速值处出现突变点,介质温度升高使得突变转速值增大;密封性能受工况变化的影响明显,特别是在汽化临界温度值、突变转速值处性能的变化速率迅速增大;液膜汽化首先发生在螺旋槽背风侧堰区,且随介质温度升高快速覆盖槽堰区并向坝区推进;随着转速的增大,润滑膜气相的周向分布更加均匀且高汽化区域会向外径侧移动。

延长VAE循环泵机械密封使用寿命的措施探究

结合生产实际，对乙酸乙烯-乙烯共聚乳液螺杆循环泵机械密封运转故障进行了分析，并重点探讨了O型圈改良方案和延长密封面使用寿命的改进措施。

新型氨系统螺杆压缩机特点及其发展

以下世纪氨系统新方案为主线介绍螺杆压缩机机械密封型和屏蔽电机一体型等类型的研究、开发动向，在从新工质（冷媒）和装置系统二个方面进行比较基础上。

低温高速动静结合型机械密封两相流仿真与实验

液体火箭发动机高速涡轮泵轴端动静结合型机械密封端面液膜受低温、高速、高压等极端工况影响极易产生气液两相流现象;诱发两相流的机制及相变对密封的影响规律尚不明确,亟需发展相关的仿真模型并开展实验验证工作。以某高速涡轮泵用动静结合型螺旋槽机械密封为研究对象,基于Laminar层流及Mixture多相流模型,开展了低温、高速等极端工况下密封间隙内流体的空化相变特性研究;以泄漏量、开启力与内部气相体积占比等性能参数为表征指标,分析了该类密封在液氮介质环境工况参数对两相流动特性和相态转变的影响规律。结果表明随着密封间隙增加将导致两相流在有限约束范围内的体积增大,较弱的动压效应导致内部压力产生较小变化进而使得空化相变能力减小;气相体积占比随着液膜温度的增加而增大,随着密封介质压力的增加而减小。开展了低温实验研究,并验证了仿真模型的正确性,理论与实验结果将有助于深入理解低温高速动静结合型机械密封两相流机理,对可重复高速涡轮泵的运行可靠性和稳定性提升具有重要的实践价值。

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。

潜水潜污电机电泵动密封技术

本文详细介绍了潜水电机电泵的动密封技术,同时介绍了在潜水潜污电泵中使用双密封室专利技术的优点。