变工况条件下机械密封端面稳定性实验研究

通过机械密封端面稳定实验,探讨了热油泵机械密封在工况变化时动环开启失效机制,分析了相同温度和不同压力、相同压力和不同温度2种情况下机械密封稳定性.结果表明,热油泵机械密封在工况变化时会因闪蒸而开启失效;在工况变化瞬时,密封流体温度和压力都直接影响端面闪蒸的剧烈程度和动环的最大开启量.     

变工况条件下机械密封端面膜压实验研究

通过机械密封端面稳定实验,研究热油泵机械密封在工况变化时端面膜压变化,分析相同转速、相同温度和不同压力以及相同压力、相同温度和不同转速2种工况下机械密封端面膜压实验结果,并与变工况机械密封理论计算结果进行比较。实验结果与变工况机械密封理论计算结果吻合。工况变化瞬时,密封端面液膜失稳导致汽化半径瞬时增大,发生闪蒸,由于闪蒸端面压力瞬时增大,使得端面的开启力大于闭合力,造成机械密封发生开启失效;在持续抽空过程中,密封端面会发生干摩擦,加剧端面磨损。     

变工况条件下汽液两相机械密封端面稳定性探讨

通过分析影响汽液两相机械密封稳定性的各种因素，讨论了汽液两本机械密封在工况变化时的端面比压的变化及影响因素，提出了汽液两相机械密封在变工况发生时的端面失效形式判据，利用实验室实验手段验证了汽液两相机械密封在工况变化时的开启失效与影响比压的各种因素变化特别是端面膜压的变化有必然的联系。     

热油泵机械密封的端面失效形式

根据机械密封在变工况条件下的实验室实验，探讨了变工况发生时机械密封端面比压变化的各种影响因素，提出机械密封在变工况发生时液膜相变导致的液膜失稳和开启失效条件，推导了端面参数的变化规律。     

变工况下汽液两相机械密封端面膜压的计算与试验研究

作了变工况(泵抽空或压力波动)条件下机械密封端面运动的实验.运用流体膜的相变理论,讨论了机械密封在变工况条件下端面膜压的计算.认为端面瞬时相变是造成机械密封端面打开度失效的原因,提出了提高机械密封在变工况下的抗变能力的保护性措施.     

变工况机械密封实验台的设计研究

所设计的变工况机械密封实验台是一套模拟机械密封工作状况的实验设备,能够模拟密封各种正常工况及变工况工作情况。根据具体实验要求,变工况机械密封实验台测试系统具有测量温度、压力、位移、转矩、转速等工作参数的能力;其相应的软件系统应该具有一定的数据储存和处理能力,装置能够模拟机械密封变工况工作,通过实验装置实验的抗变机械密封成功应用于工业企业。     

变工况机械密封的抗变机理分析

基于变工况条件下机械密封端面运动的实验,运用流体膜相变理论,讨论了机械密封在变工况条件下的密封失效机理,提出了解决因相变半径的突变带来的机械密封不稳定的方法,依据变工况汽液两相密封理论,设计了抗变机械密封,并讨论了变工况机械密封的抗变机理。     

工况参数对螺旋槽机械密封性能的影响

为得到在不同的工况参数下对螺旋槽机械密封的密封性能的影响规律,建立理想状态下的流体计算域模型,运用计算流体力学对螺旋槽机械密封动静环间的流场进行模拟分析,通过工况参数的改变来观察各密封性能参数—端面压力、开启力、泄漏量等的变化规律。结果表明:螺旋槽能够产生明显的动压效应,动压效应的大小与动环转速呈正比;泄露量的大小随动环转速或介质压力的提高而变大,随介质粘度的增大而减小;开启力的大小与动环端面的压力具有相同的变化规律。     

变工况机械密封实验台设计及测试系统的建立

完成了变工况机械密封实验台的设计，该实验台能根据实验要求模拟出变工况的工作环境，为变工况条件下机械密封实验研究提供了有效的实验场所；并且通过温度、压力、位移等传感器的设计选择和数据采集系统的建立，为变工况机械密封台的实验提供了准确的试验信息。     

喷油润滑型激光脸机械密封试验研究

针对航空发动机附件机匣传动轴端机械密封易提早失效的问题,提出在其端面开设激光脸槽型的改进方法,采用试验手段研究在喷油润滑条件下,激光脸机械密封的摩擦磨损特性、热特性及泄漏情况。自主设计可模拟喷油润滑工况的机械密封试验工装,定制可进行润滑油加热的集成型液压站作为辅助系统,分别进行变工况运转试验和长时稳态工况试验。结果表明：在变工况以及稳态工况运转条件下运转后动、静环端面均无明显磨损;在介质温度较为稳定的情况下,动环和轴套温度均能保持稳定;在整个试验过程中,机械密封均无泄漏发生,表明激光脸机械密封在喷油润滑工况下具备良好的热特性和密封效果。     

压力自适应型机械密封的数值模拟研究

针对压力自适应型机械密封在高压工况下密封端面变形与密封性能不佳的问题,采用ANSYS中的计算流体力学软件FLUENT和有限元分析软件Mechanical APDL,在15.9 MPa高压工况下分别对密封端面间隙中的液膜流场和密封环进行了数值模拟分析研究,并将计算出的液膜流场状态和密封环变形结果进行了流固耦合求解,进而对液膜厚度对密封性能的影响规律进行了分析,同时对在实际工作状态下,工作压力逐渐上升,密封各性能参数的变化规律也进行了分析。研究结果表明,该密封在高压下的端面变形符合设计需要,密封环端面间的开启工作压力在3 MPa左右,在15.9 MPa高压工况下密封端面间流场的开启力为67.6 kN、泄漏量为0.04 m3/h,平衡膜厚为2.8μm。与其他类型的密封相比,结果显示该种密封能够在高压下提供足够的开启力和在低压下较小的泄漏量。     

激光加工多孔端面机械密封变形的数值分析

针对离心泵用激光加工多孔端面机械密封,通过采用有限元法求解雷诺方程获得密封端面流体膜压分布,计算了不同约束、不同结构动、静密封环的力变形以及端面泄漏量、液膜刚度和刚漏比等密封性能参数,分析了变形对密封性能的影响。结果表明:端面变形对密封性能影响很大,将导致泄漏量增大,刚漏比减小;密封环的约束对变形起着重要作用,选择合适的约束可以减小密封面转角,提高液膜刚度,增强密封工作稳定性。     

流体静压式核电站主泵二级密封由接触式到非接触式转变的密封性能分析

利用ANSYS对流体静压式核电站主泵密封的第二级密封动环组件建模,计算得到密封环在高压下的变形情况,通过Fluent对核电站主泵第二级密封在高压情况下端面流场建模,得到密封端面流场的压力分布、速度场及密封的开启力和泄漏量.计算模拟了机械密封环的端面变形及机械密封由接触式机械密封转变为非接触式机械密封过程.结果表明,核电站主泵的第二级密封的动环组件在第一级密封失效的情况下会通过变形形成收敛面非接触型机械密封,并能在工况要求的情况下正常工作.     

Parametric Study on a Wavy-Tilt-Dam Mechanical Face Seal in Reactor Coolant Pumps

The reliability of mechanical seals in reactor coolant pumps is essential for the safety of pressurized water nuclear power plants. A wavy-tilt-dam (WTD) mechanical face seal, characterized by a circumferential wave with a radial taper and seal dam on one of the seal faces, has proved to be effective in practice. A theoretical model is developed to study the mechanism of the WTD seal in this article. Then, the structural parameters such as wave amplitude, taper, dam radius, and the number of waves are studied for the WTD seal under different rotation speeds and seal pressures. The results show that the mechanism of the WTD seal is the combination of hydrodynamic and hydrostatic effects, which do not work simultaneously. During the period of start-up and shutdown, when the film thickness and the pressure differential are both small, the seal works as a hydrodynamic seal, whereas it is a nearly hydrostatic seal at the stable working condition. The waves on the seal face will obviously impair the hydrostatic effect before cavitation occurs in the fluid film. The optimal values of the structure are obtained by analyzing the numerical results under certain working conditions. In addition, the performance varies obviously with rotation speed and seal pressure.     

液膜润滑非接触式机械密封温度场分析

利用有限元软件ANSYS计算了液膜润滑非接触式机械密封的温度场分布,与同样工况的接触式机械密封进行了对比,并分析了密封材料导热系数、主轴转速、密封介质粘度、液膜厚度等参数对温度场的影响.结果表明:密封材料导热系数、主轴转速对端面温度具有较大影响,而液膜厚度的影响可以忽略.     

表面微织构的组合设计及其对油封性能的影响

对油封表面微织构的形状进行组合设计,应用Abaqus仿真分析不同组合微织构油封的静态接触压力和变形影响矩阵;基于二维平均雷诺方程,建立考虑表面粗糙度以及唇口油膜空化现象影响的流体润滑模型,分析不同形状微织构对旋转油封密封性能的影响规律。结果表明：在相同工况下,相较于无织构油封,微织构对油封泵吸率以及油膜厚度提升较为显著,且组合型织构的提升效果优于单一三角形织构;三角形与半圆形组合织构对油封泵吸率的提升效果最佳,半圆形与方形组合织构对油封油膜厚度的提升为最佳。     

Experimental Investigations and Field Applications of Oil-Film-Lubricated Mechanical Face Seals with Spiral Grooves

The oil-film-lubricated mechanical face seal described here is a hydrodynamically lubricated, noncontacting, mechanical face seal with zero leakage. On the basis of systematic theoretical analyses, research on design methods, and experimental investigations, many field applications have been made. The experimental investigations include test rig development; long-time high-speed running tests; frequent start-up and shut-down tests; measurements of the seal leakage, face temperature, and characteristics of the self-circulating screw pump; observation, measurement, and solution of interface wear, and so on. Until now, this new seal design has been successfully applied in more than 40 high-speed turbocompressors in the oil refinery and petrochemical industries, achieving zero leakage and long operation. These seals are all designed with different face spiral-groove patterns, structure arrangements, and supporting systems.     

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。     

激光加工的多孔端面机械密封的性能数值分析

建立激光加工多孔端面机械密封的分析模型,采用有限差分法求解雷诺方程,得到不同操作条件和微孔结构参数 下密封端面间的流体压力分布,进而可以计算端面间的密封开启力和液膜刚度。通过分析端面结构参数对密封开启力 和液膜刚度的影响规律,可得到端面结构的优化参数。分析结果表明,微孔密封面可产生明显的动压效应。