表面波度对液体椭圆孔端面密封上游泵送特性的影响

表面波度与端面几何型槽的耦合影响使得密封性能的变化规律更为复杂。基于粗糙和波度表面假设,建立空化效应下端面椭圆孔液体上游泵送密封的理论分析模型,对上游泵送端面密封的压力分布和泄漏率进行数值求解计算,分析周向表面波度幅值、数量等几何参数和转速、密封压力等操作参数对开启力和泄漏率的影响规律。结果显示：表面波度使得密封端面产生更高的流体动压效果,并减弱上游泵送效果,容易导致密封介质的泄漏;随着波高和周向波数的增加,开启力略有增加;泄漏率随着波高的增加呈现正向增强趋势,但波数对泄漏率没有明显影响;在空化效应和表面波度的影响下,速度剪切产生的密封端面开启力可增加50%以上,并形成流体的完全上游泵送;密封压力和膜厚的增加,使得流体的上游泵送性能和密封性下降。     

综合考虑开启力和泄漏率的机械密封端面椭圆微孔排布评价

在机械密封端面排布不同方向角的椭圆形微孔,对开启力和泄漏率的影响规律不一致,而且在不同工况下,设计者对开启力和泄漏率的需求也不一样,所以应采用双目标评价模型客观评价微孔排布对密封性能的影响。基于Fluent多相流空化模型,建立不同微孔排布方式时的密封间隙流体的三维数值计算模型,研究不同工况下的微孔排布方式对泄漏率和开启力2个密封性能参数的影响,并分别对泄漏率和开启力进行单目标评分;采用加权平均的方法,构造泄漏率和开启力为目标的双目标评价模型,并分析得到不同权重下微孔的最佳排布方式。结果表明:微孔排布方式对泄漏量和开启力的影响规律不一致,泄漏率随着内径侧P型微孔(方向角为45°微孔)数目增加而减小,开启力则在5N5P(即外径侧排布有5个方向角为-45°的N型微孔,内径侧排布有5个P型微孔)排布时取得极大值;综合考虑不同方向角的椭圆形微孔排布对开启力和泄漏率的影响,获得最佳排布方式在5N5P和0N10P之间,较高转速和低压差时,内径侧P型孔数可以偏少,高压差或者设计者更看重泄漏率时,内径侧P型孔数应该偏多。     

影响椭圆微孔端面机械密封回吸现象的参数研究

为研究回吸现象对泄漏率的影响,基于Fluent多相流空化模型,建立椭圆微孔端面机械密封间隙液膜的三维数值计算模型,并从原理上分析影响回吸现象的因素。结果表明:回吸越强,泄漏率越低,甚至是零泄漏;回吸现象的影响参数可以分为两类:影响动压效应的参数,如转速、内外径压差、空化压力;造成低压区与密封间隙出口截面间距离改变的参数,如方向角(椭圆长轴与水平轴逆时针夹角)、椭圆形状因子(椭圆长短轴比)。探讨各因素对椭圆微孔端面机械密封回吸现象的影响。结果表明,回吸的强弱与转速、椭圆形状因子正相关,与内外径压差、空化压力负相关,与方向角的关系类似正弦曲线。     

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。     

机械端面密封计算技术

本文综述了机械密封密封环温度场,密封环变形和密封端面摩擦润滑计算技术的国内外研究现状,介绍了常用的计算方法,并比较了它们的优缺点,指出采用有限元法计算机械密封密封环温度场和变形效果较好,机械密封端面摩擦润滑问题计算的关键是建立合理机械密封摩擦特性模型。     

表面波度对泵用液体圆孔端面密封泄漏特性的影响

考虑密封端面粗糙度、周向表面波度以及空化效应,建立液体圆孔端面密封分析数学模型,通过数值求解不同圆孔排布方式下液体端面密封的压力分布和泄漏率,分析表面波度几何参数（波高、波数）和密封工况参数（转速、密封压力、膜厚等）对开启力和泄漏率的影响。结果显示：周向表面波度明显改变密封端面压力分布;随着波高的增加,密封泄漏率逐渐增加,并且径向局部开孔端面密封的泄漏率小于径向全开孔端面密封的泄漏率,但当膜厚为2 μm时,密封端面局部开孔时的泄漏率反而较大;在低压工况下,波数对两种排布端面密封的泄漏率无明显影响,随着压力的增加,周向波数使得径向全开孔端面密封的泄漏率逐步减小;液体圆孔端面密封的泄漏明显受到转速、密封压力和膜厚的影响,密封压力增加密封泄漏也增大,而转速和膜厚增加密封泄漏则逐渐减小;在高速下,密封端面圆孔排布方式对密封泄漏影响较小。     

泵双端面机械密封的改造

本文主要论述环己烷系统进料泵双端面机械密封的缺陷及其相应的改进措施。     

GY70型机械密封端面摩擦状态试验研究

机械密封端面摩擦状态包括干摩擦、边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦.端面摩擦状态是决定机械密封工作寿命和密封性能好坏的关键因素.本文探讨了判断机械密封端面摩擦状态的摩擦因数法、工况参数法、Mayer法和相对膜厚法.对GY70型机械密封的端面摩擦状态进行了试验研究.研究表明,当弹簧比压为0.0866MPa、介质压力为0.45MPa、转速在1116～2940r/min范围内时,GY70型机械密封端面间的摩擦状态为边界摩擦.     

多孔端面液体机械密封摩擦性能的数值分析

为了研究多孔端面机械密封的摩擦性能,应用ANSYS CFX软件对密封端面间的流场进行数值模拟,得到不同工况参数和微孔结构参数下密封端面液膜的剪切应力分布云图,并对计算结果进行分析。研究表明:剪切应力主要作用于非孔区;介质压力和微孔深度对剪切应力分布影响较小,而降低转速、减小介质黏度、增大微孔半径可以有效地减小剪切应力,降低端面的摩擦损失,延长密封的使用寿命。     

逆流泵送机械密封试验研究

介绍了逆流泵送机械密封的工作原理,通过对比试验研究了逆流泵送机械密封与普通机械密封的性能差异。     

激光加工多孔端面机械密封的摩擦特性试验研究

对激光加工的多孔端面机械密封进行了摩擦性能试验研究，并与一般机械密封进行比较，结果表明，其端面温升，摩擦扭矩和摩擦系数远低于后者的相应值。说明该密封结构产生的动压效应使密封面间处于良好的摩擦状态。     

机械密封环端面变形对液膜特性的影响

根据机械密封受热和力作用变形后的端面轮廓,将其动环和静环端面组成的流道归结为平行、收敛、扩散和收敛-扩散等4种型式,并用端面的径向夹角θ来区分这4种模型。由简化的控制方程推导了4种模型中的液膜压力分布方程p,给出了泄漏率Q、液膜承载力F及摩擦扭矩M的计算方法,并通过数值解与解析解的对比,分析了GY70型机械密封端面液膜特性与θ和动环转速ω之间的关系。结果表明,解析解与数值解之间存在一定误差,但解析解仍能反应液膜的基本特性。平行流道内液膜压力沿径向线性分布,而非平行流道内压力沿径向非线性变化;流道的泄漏率随平均膜厚和液膜内外径处压差的增大而增大,平行流道的泄漏率最小;平行流道内的液膜承载能力介于收敛流道和扩散流道之间,扩散流道的液膜承载能力最差,收敛流道内液膜承载力最大。     

接触式机械密封端面泄漏模型的研究进展

泄漏率是评定机械密封性能的主要参数。接触式机械密封端面泄漏过程复杂,影响因素较多,且泄漏率是一个与运行时间相关的变量,而非稳态参数,因此其泄漏模型的建立是机械密封研究领域的难点。国内外的学者对接触式机械密封端面泄漏模型进行了大量的研究,相继提出了经验公式和数值计算模型。本文介绍了边界摩擦状态和混合摩擦状态的泄漏率经验公式;分析了包含密封端面间的液膜压力、微凸体接触比压、液膜厚度和载荷平衡方程的泄漏率数值计算模型,对不同作者在不同假设条件下采用数值计算模型得出的泄漏率计算结果进行了比较分析;探讨了经验公式和数值计算模型存在的问题。     

泵用机械密封端面结构对流场特性的影响分析

依据泵用机械密封动、静环端面结构的夹角大小,建立平行、收敛、扩散三种间隙类型的流体膜三维模型,通过添加实际工况条件下的边界条件,数值模拟其流体膜的压力、承载力分布规律,结果表明,平行间隙中流体膜压力呈线性分布,而收敛、扩散间隙压力呈非线性分布,且收敛间隙中的流体膜压力大于扩散间隙中的压力;而平行间隙流体膜承载力要大于扩散间隙,而小于收敛间隙;同时探究了端面间夹角大小,转速对流体膜压力和承载力的影响规律,探究结果为泵用机械密封端面间隙类型的选择提供了理论指导,也为后续密封环变形对流场特性影响的研究打下了基础。     

双端面机械密封使用故障分析

双端面机械密封是一种应用较为广泛的密封形式,主要应用在工业生产中输送易燃、易爆、有毒、有害等介质的设备上。以实际使用时出现的典型故障为例进行分析,阐述了在解决实际问题的过程中,密封辅助系统冲洗方案的选择与隔离液压力及循环效果等因素对密封寿命和安全性的影响。对密封端面进行了受力分析,并根据API682标准对密封辅助系统布置方案Plan23+52的应用参数进行了分析和优化。结果表明:除了密封本身设计缺陷以外,引起密封失效的主要原因多为忽视密封辅助系统的重要性,导致其无法为密封提供不间断的冷却润滑流体,无法保证密封在良好的环境下运行。而经过优化后的密封辅助系统能保证双断面机械密封长时间连续平稳地运行。     

机械密封端面液膜分析

分析了机械密封的端面液膜与密封寿命的关系,以及端面温度对端面液膜的影响,并提出了保护端面液膜的主要措施和解决方案.     

机械密封端面摩擦机理及其声发射信号特性研究

分析了机械密封端面摩擦机理,根据端面的摩擦机理,选用声发射信号(Acoustic Emission, AE),作为表征密封端面摩擦状态的监测信号,建立了基于AE信号的密封端面摩擦状态的监测模型。根据机械密封的工程应用需求,将密封端面工作状态分为三种类型：边界摩擦状态、混合摩擦状态和流体润滑状态,利用采集的声发射信号和建立的监测模型,能够有效地识别密封端面的工作状态,识别率大于70%。     

端面微孔机械密封研究进展

端面微孔机械密封是一种新型机械密封技术,它是在普通机械密封的端面上加工出微米级的小坑孔,具有良好的润滑性能和密封性能,已在石油化工行业用泵上获得了成功应用。本文简要地介绍了端面微孔机械密封的典型结构及其工作原理、端面微孔机械密封产生发展概况、最新研究进展及其在化工泵上的应用情况。     

基于正交试验法的孔槽耦合端面机械密封槽参数设计

为研究机械密封端面形貌对密封性能的影响,以具有孔槽造型端面的机械密封为对象,采用正交试验法研究螺旋角、槽深、槽径比、槽数4个参数对密封性能的影响,并应用Fluent软件对不同设计方案进行数值模拟.结果表明,研究相同数量的参数时,正交试验法比单参数法可节省80％以上的工作量,是一种十分高效的研究方法.通过模拟分析,得到以质量泄漏率、摩擦力为目标函数时的最优方案.极差分析结果表明,槽径比是对密封性能影响最大的参数.     

大圆形孔端面机械密封性能分析

考虑液膜空化的影响,采用有限单元法求解层流、等温条件下控制流体密封端面膜压的雷诺方程,分析大圆形孔端面机械密封在不同端面几何结构参数和操作条件下,端面液膜压力分布以及开启力、液膜刚度和泄漏率等密封性能参数的变化规律,对比微孔与大孔密封端面的性能,指出大圆形孔端面密封产生承载力的机制;以最大液膜刚度及开启力为优化目标,在研究范围内获得大孔的最佳孔深。结果表明:在相同研究条件下,随着孔径和孔数的增加,大圆形孔产生的流体动压效应比微孔更强;随着介质压力的增加,静压效应增强,空化效应减弱,由此导致端面开启力增大,液膜刚度下降,泄漏率增大;随着转速的增大,开启力和液膜刚度均增大,而泄漏率减小。