不同排布方向性椭圆孔液体润滑机械密封性能的研究

为提高液体润滑多孔端面密封的动压性能，提出了方向性多孔端面机械密封．考虑端面间润滑液膜的空化现象，基于质量守恒的JFO空化边界条件建立了理论模型，采用有限差分法求解Reynolds控制方程，获得了端面膜压分布，从而对比分析了方向性椭圆孔的排布方式对多孔端面机械密封性能的影响规律．结果表明：椭圆孔的方向性排布对端面密封的密封性能影响较大，高压侧下游泵送孔可有效提升密封端面的流体动压特性，上游泵送孔不论在高压侧还是在低压侧均可有效降低密封泄漏率；当形状因子γ为3～5，内外孔倾斜角α为35°-45°和β为125°-135°时，可获得最佳的动压性能，当形状因子γ为3—5，倾斜角α为30°～50°和卢为30°～50°时，可以获得最低泄漏率．

螺旋槽液膜密封端面空化发生机理

液膜中空化的发生直接影响着密封流体动压润滑性能,基于质量守恒的JFO边界条件,建立考虑表面粗糙度的螺旋槽液膜密封物理模型,经坐标变换将不规则物理域转换成规则计算域,采用有限控制体积法离散控制方程并求解,分析了膜厚、表面粗糙度、螺旋槽功用(上游泵送和下游泵送)、螺旋槽开槽位置及空化压力对液膜中空化发生的影响。结果表明:较小膜厚工况易促生空穴,而较大膜厚易削弱空穴,且随着膜厚增大,表面粗糙度的影响降低甚至被忽略;当密封为上游泵送型时,空穴区周向宽度明显大于下游泵送型,而螺旋槽位置对空化的影响与螺旋槽功用密切相关;选取较小空化压力使空穴缩减,而较大者反之,且后者对提升液膜承载有利。

螺旋槽上游泵送机械密封端面参数结构优化

介绍了一种性能优异的非接触式机械密封———螺旋槽上游泵送机械密封。讨论了操作参数 ,端面结构参数对密封性能的影响规律。利用优化理论对螺旋槽上游泵送机械密封端面参数进行优化设计。

基于流固耦合上游泵送机械密封的变形分析

采用Pro/E软件建立了密封动环三维几何模型,由Fluent软件模拟获得的液膜压力作为动环端面的边界条件之一导入Ansys Workbench进行单向流固耦合计算,在不同工况下对C石墨,SiC,WC和结构钢(Steel)4种材料进行了有限元对比分析.结果表明:最大变形发生在动环端面螺旋槽顶端,而最大应力发生在动环背面的密封台阶处;最大变形和最大应力几乎不受转速的影响,而受介质压力的影响比较明显,且随着介质压力的增大呈线性增加;4种材料中,C石墨的最大变形和最大应力都很大,不适合作动环材料,从密封环变形量角度考虑,而在满足其他要求的情况下,推荐优先选用SiC.

上游泵送机械密封两种优化槽形及性能的对比

针对单列槽和人字槽,两种不同槽形的上游泵送机械密封进行性能对比.通过多目标优化理论构建液膜开启力与泄漏量之比的协调函数,并利用Maple软件对两种不同槽形进行优化和实例求解,获得最佳槽形参数.采用Solidworks软件建立两种不同槽形的端面微间隙液膜几何模型.在特定工况下,使用Fluent软件对密封内部微间隙三维流场进行数值模拟,获得两种不同槽形的端面开启力和端面压力的分布规律,并且通过计算,得到两种不同槽形的泄漏量.结果表明,人字槽形的端面最大压力、端面开启力均大于单列槽形,人字槽形的泄漏量(0.018L/h)小于单列槽形的泄漏量(0.072L/h).从而证明,人字槽上游泵送机械密封的动压效应及密封性能均优于单列槽.

基于Fluent的螺旋槽上游泵送机械密封三维微间隙流场数值模拟

密封端面微间隙液膜特性是上游泵送机械密封性能研究的关键。采用Pro/E wildfire软件建立参数化螺旋槽上游泵送机械密封端面微间隙液膜几何模型,以清水为工作介质,使用Fluent软件,对跨尺度密封端面微间隙流场进行三维数值模拟,得到开启力及压力分布规律,并与有关测试结果进行对比分析,实验数据与模拟数值基本吻合,表明所采用的模拟方案可对螺旋槽上游泵送机械密封微间隙三维流场进行较好地描述,该方法可用于密封端面微间隙流场及性能的系统研究;对端面压强分布进行分析,结果表明,在螺旋槽外槽根处存在最大静压,液膜开启力的增大主要来源于槽根产生的最大静压。

机械端面密封反向螺旋槽空化效应与泄漏控制机理

针对机械端面密封的反向螺旋槽结构,基于遵循质量守恒的JFO空化边界条件,采用SUPG有限元方法求解Reynolds方程,研究了反向螺旋槽的空化效应,基于此,提出了一种新型的正反向螺旋槽组合端面密封结构,分析了不同工况条件下的密封性能。结果表明:反向螺旋槽区域易发生液膜空化,周期性分布的空化区会显著影响端面流场,空化区的低压力可将内径侧流体抽吸到密封端面,实现上游泵送。新型正反向螺旋槽端面密封结构结合了反向螺旋槽产生的泄漏控制作用和正向螺旋槽产生的流体动压效应,同时具备良好的上游泵送能力和动压承载能力。

基于动网格的上游泵送机械密封性能参数分析

为了准确获得上游泵送机械密封的液膜厚度,采用Pro/E软件建立螺旋槽上游泵送机械密封的三维参数化模型,应用Fluent软件的动网格技术,同时考虑空化的影响,对机械密封微间隙内流场进行了数值模拟.将得到的液膜厚度与有关文献的测试结果进行对比分析.在同时考虑空化模型和动网格技术的基础上,计算分析了工况参数对液膜刚度和泄漏量的影响.结果表明,应用动网格计算的液膜厚度与测试结果所获得的结果基本一致,最大相对误差为19.6%,最小相对误差为0,平均相对误差为8%,从而验证了动网格技术在机械密封内流场模拟中的可行性;机械密封内流场计算应当考虑空化问题,才能得到比较真实的内流场特性;液膜厚度、泄漏量和液膜刚度随着转速、介质压力的增大而增大,端面螺旋槽在产生泵送效应的同时也产生动压效应.

上游泵送机械密封润滑膜固液两相流动特性

为了研究上游泵送机械密封润滑膜内部微小颗粒的分布规律及其对密封性能的影响,建立密封动、静环间液膜三维几何模型和数值模拟计算模型.基于两相流体的连续介质理论,利用Mixture模型对液膜内的两相流动进行数值模拟,分析了微尺度液膜内颗粒相的分布特点、进口颗粒体积分数对颗粒分布的影响以及由此引起的密封性能变化.研究表明:微小颗粒相主要存在于螺旋槽的槽根半径处及靠近螺旋槽的密封坝处,分布特征随着颗粒进口体积分数的增大而逐渐明显,这可能是上游泵送机械密封易出现螺旋槽堵塞的原因;在所研究的参数范围内,颗粒相的存在使液膜开启力增大且开启力和端面摩擦扭矩随着颗粒进口体积分数的增大而增大.

液膜及气膜非接触式机械密封的对比分析

非接触式机械密封由于其低磨损、高可靠性而成为密封领域研究的热点。介绍非接触式机械密封中液膜和气膜机械密封,分别从研究现状、端面结构、工作机制、技术特征几个方面对液膜及气膜非接触式机械密封进行对比分析,简要给出其各自的使用条件及范围,以期对非接触式机械密封的设计和选型有一定的帮助。

螺旋槽上游泵送机械密封性能的解析计算

利用螺旋槽轴承的“窄槽”理论,计算分析了螺旋槽上游泵送机械密封的开启力、摩擦功耗和上游泵送速率等性能,给出了可用于该类密封设计的计算式。

上游泵送机械密封的研究开发及应用

分析了上游泵送机械密封的工作原理、结构型式、技术特征 ,并给出了其工业应用范围 ,有助于指导上游泵送机械密封的产品开发、工业设计和使用维护。

上游泵送机械密封在B-512离心丙烷泵上的应用研究

通过对B-512离心泵原泵用接触式机械密封失效原因的分析,对非接触式机械密封工作原理和应用特点等进行研究。根据实际情况改造设计出新型机械密封,运用Pro/E软件对端面液膜进行参数化建模,使用Fluent软件对端面流场进行了数值模拟,将新型机械密封与原密封进行对比分析。数据表明,改造设计的新型机械密封弥补了原机械密封的缺陷,上游泵送机械密封抗外界干扰的能力很强,泄漏率较小,液膜刚度较大,同时摩擦功耗较低,有助于提高丙烷泵的工作效率,密封寿命长,适宜长期稳定运行。对轻烃泵类机械密封的设计具有指导意义。

泵用零逸出非接触式机械密封

介绍了转子泵用新型零逸出非接触式机械密封的工作原理和技术优势 ,综合了其最新研究及开发成果 ,简要给出了其各自的使用条件及范围 ,旨在推动干气密封和上游泵送机械密封在国内石油石化等工业领域转子泵上的推广使用。

上游泵送机械密封在液化汽泵上的应用研究

针对液化汽泵现场工况条件，分析了泵用普通接触式机械密封存在的问题，开发设计出适用于液化汽泵的零逸出上游泵送机械密封。工业应用结果表明，上游泵送机械密封可实现易挥发性介质的零逸出，且具有使用寿命长、运行费用低、安全可靠等优点。

上游泵送机械密封在真空装备中的应用

研究了上游泵送机械密封在真空装备轴封中的应用。该类机械密封动环端面的螺旋槽具有泵送效应,可将真空侧的阻塞介质向大气侧泵送,从而阻止外界空气向真空腔内渗透。设计了真空腔体的外装式和内装式轴封结构,分别研究了动环端面外侧和内侧开螺旋槽时液膜的压力分布规律。研究表明,低转速条件下,螺旋槽深度对液膜压力分布的影响显著。合理设计螺旋槽的槽形参数,可实现空气的零渗透,且仅伴随微量的阻塞介质泄漏。

零逸出上游泵送密封特性分析及设计

零逸出上游泵送机械密封是指带缓冲流体系统的上游泵送机械密封 ,可以实现被密封流体的液相零泄漏和气 (汽 )相零逸出。借助无限窄槽理论对零逸出上游泵送机械密封进行了性能分析 ,并初步给出了该密封的设计步骤、方法及相关的设计内容 ,希望有助于指导该密封的工业开发。

边界滑移对螺旋槽上游泵送机械密封性能的影响

为了研究边界滑移对上游泵送机械密封性能的影响,建立液膜三维几何模型和计算模型,基于Navier线性滑移模型对液膜壁面边界条件进行修正,采用商用软件Fluent的SIMPLEC算法及层流模型求解三维Navier-Stokes方程,并分析相对滑移量对液膜静压分布、开启力、摩擦扭矩、泄漏量的影响规律.结果表明:相对于边界滑移发生的位置,滑移速度的大小对密封性能的影响更大;当相对滑移量较小时,存在边界滑移与无滑移的模拟结果无明显区别,能很好地解释宏观无滑移边界假设的应用,当相对滑移量较大时液膜动压效应随滑移的增加而减弱,开启力、摩擦扭矩、泄漏量都随边界滑移的增加而减小;相对于开启力的降低,边界滑移的减阻和降低泄漏的效果更为明显;当开启力较小,应避免边界滑移发生;当开启力足够大时,加工成超疏水表面形成边界滑移,可极大地减少摩擦扭矩,降低能耗.

螺旋槽上游泵送机械密封性能影响因素分析

用解析方法分析了对上游泵送机械密封性能影响的操作因素和结构因素。边界压力、介质粘度、轴转速、 非槽区液膜厚度等操作参数对密封性能有重要影响；开槽深度和螺旋角等结构参数对密封性能有重要影响。

上游泵送机械密封润滑膜固体颗粒沉积特性研究

上游泵送机械密封运行中常因固体颗粒沉积而出现动压槽堵塞失效现象,为了对微间隙润滑膜固体颗粒沉积特性进行研究,建立了密封润滑膜三维几何模型和气液固多相流计算模型,应用Mixture模型和DPM模型模拟研究了不同颗粒直径、转速、介质压力、颗粒进口体积分数和润滑膜厚度对固体颗粒沉积特性的影响规律。研究表明:来自润滑膜内径侧固体颗粒的沉积率及沉积区域均与颗粒直径、颗粒进口体积分数、密封工况和润滑膜厚度等参数有关,粒径较小、转速增大、介质压力增大和膜厚减小有利于降低颗粒沉积率;螺旋槽低压区是颗粒沉积的主要部位,且粒径、颗粒进口体积分数、转速和膜厚增大,介质压力降低,使沉积区域明显向外槽根拓展,这是螺旋槽易出现堵塞失效的原因;低转速时易在坝区出现颗粒沉积,非槽区的沉积颗粒呈周向分布。