低温及液态易汽化介质端面密封性能研究

发布时间：2017-04-13 03:17

  本文关键词：低温及液态易汽化介质端面密封性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在液态烃泵、低温液氧泵和航天火箭发动机等设备中机械密封常用于密封低温及液态易汽化的介质。此时,机械密封端面润滑状况较差,长时间的干摩擦、半摩擦状态使密封端面产生大量的摩擦热,导致机械密封端面温度升高。随着密封端面的温度升高,端面液膜容易发生相变,导致密封工作不稳定,易发生安全事故。本文针对此种情况下动压非接触式和普通平面机械密封开展理论分析和试验研究并总结两种密封结构进行对比。 本文以非接触式动压机械密封中动环、静环和液膜三者为研究对象,应用FLUENT软件中两相流和蒸发冷凝方法,建立了流场和传热分析的三维数值分析模型,求解了液膜的压力分布、剪切力分布、速度分布、温度场分布、端面液膜各相体积分率分布和液膜的汽化半径。同时,论文采用ANSYS软件也对接触式机械密封模型进行分析,得到了端面的压力场、温度场和相变半径。对比分析了两种不同类型机械密封的性能。针对非接触式动压机械密封,分析了密封动压结构参数(槽深、槽数、槽宽比等)和工况参数(转速、压差、被密封介质温度等)对密封性能参数的影响,尤其是对端面液膜的温度场和汽化半径的影响,为优化低温及液态易汽化介质端面结构设计提供依据。设计制造了非接触动压机械密封试验台和试验密封,测量不同工况下密封端面泄漏量和静环不同位置处的温升,将机械密封在不同实验工况下的实验结果与理论计算值进行比较,验证理论分析的正确性。 本文的分析结果对低温及液态易汽化介质端面密封的结构设计、操作使用和优化提供了参考,为今后此类密封介质机械密封的研究奠定了基础。
【关键词】：低温及液态易汽化介质 端面密封 密封性能 汽化半径
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH136
【目录】：

• 学位论文数据集4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-16
• 符号说明16-18
• 第一章 绪论18-28
• 1.1 课题来源、研究的目的及意义18
• 1.2 前人研究成果18-25
• 1.2.1 低温及液态易汽化介质密封研究现状18-19
• 1.2.2 非接触式端面密封研究现状19-22
• 1.2.3 端面密封流场研究现状22-23
• 1.2.4 端面密封温度场研究现状23-24
• 1.2.5 端面密封相变研究现状24-25
• 1.3 本文主要研研内容25-28
• 第二章 低温及液态易汽化介质端面密封流场和温度场研究28-52
• 2.1 建立模型28-33
• 2.1.1 机械密封结构和参数28-30
• 2.1.2 几何模型30-31
• 2.1.3 网格划分31-33
• 2.2 边界条件33
• 2.3 传热分析33-37
• 2.3.1 能量方程33-34
• 2.3.2 摩擦功耗的计算34
• 2.3.3 热边界条件34-35
• 2.3.4 对流换热系数的计算35-37
• 2.4 数值解法37-40
• 2.4.1 控制微分方程37-40
• 2.4.2 控制方程的求解40
• 2.5 多相流与蒸发冷凝模型40-41
• 2.6 FLUENT模拟41-43
• 2.6.1 网格无关性验证41
• 2.6.2 密封端面间隙的确定41-43
• 2.7 计算结果43-48
• 2.7.1 压力分布43-45
• 2.7.2 速度场分布45-46
• 2.7.3 温度场分布46-48
• 2.8 动环端面开槽密封与接触式密封性能对比48-49
• 2.9 本章小结49-52
• 第三章 低温及液态易汽化介质端面密封性能分析52-68
• 3.1 机械密封主要性能参数52-53
• 3.2 端面结构对密封性能的影响53-61
• 3.2.1 槽深对密封性能的影响54-56
• 3.2.2 槽数对密封性能的影响56-58
• 3.2.3 槽宽比对密封性能的影响58-59
• 3.2.4 槽长比对密封性能的影响59-61
• 3.3 工作参数对密封性能的影响61-66
• 3.3.1 转速对密封性能的影响61-63
• 3.3.2 压差对密封性能的影响63-64
• 3.3.3 密封介质温度对密封性能的影响64-66
• 3.4 本章小结66-68
• 第四章 动环端面开槽密封实验研究68-78
• 4.1 动环端面开槽封试验系统68-73
• 4.1.1 动环端面开槽密封装置68-70
• 4.1.2 动环端面开槽密封用辅助系统70-71
• 4.1.3 密封动环动压槽的制作与检验71-73
• 4.2 实验结果及讨论73-75
• 4.2.1 实验条件及准备73-74
• 4.2.2 机械密封实验结果分析74-75
• 4.3 本章小结75-78
• 第五章 总结与展望78-80
• 5.1 总结78-79
• 5.2 展望79-80
• 参考文献80-84
• 致谢84-86
• 研究成果及发表的学术论文86-88
• 作者及导师简介88-90
• 附件90-91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：302689