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槽腔耦合端面液体机械密封内流场及性能研究姓年月
摘要江苏大学硕士学位论文机械密封在流体机械、动力机械等机械设备或系统中得到广泛应用,机械密封的摩擦副端面是主要密封端面,是决定其密封性能、摩擦性能和工作寿命的关键。为了改善机械密封端面的密封润滑状况,人们在密封端面加工各种形状的几何形貌,以产生动压效应和泵送效应,以期实现零泄漏、非接触目的。对于端面造型液体机械密封内流场特性及密封润滑机理的研究已成为当前机械密封研究的热点和方向之一。本文以本课题组提出的槽腔耦合造型端面液体机械密封为研究对象,从摩擦润滑理论和粘性流体力学角度分析其内部流动及其与密封、润滑性能的关系。首先通过疎和建立端面螺旋槽与微凹腔组合造型的几何模型,根据端面堰区微凹腔不同的分布位置提出了三种不同槽腔耦合方案,利用分别对三种方案端面内流场进行了数值模拟和对比分析,获得较合理的端面槽、腔位置匹配关系。研究表明,槽腔耦合造型密封端面螺旋槽产生的泵送效应能够有效抵抗由密封介质所产生的压差效应,减少或消除端面介质泄漏,同时微凹腔区域产生明显的流体动压润滑效应,并与螺旋槽产生的动压效应相互叠加、耦合,形成了以周向流动为主的动态流体膜,实现了动静环摩擦副的非接触运转,减少端面摩擦副的磨损。对泵送效应、动压效应和端面摩擦磨损的综合分析表明,微凹腔分布在密封环内径侧堰区的槽腔耦合造型端面机械密封性能最佳。在数值模拟的基础上,对三种槽腔耦合方案和激光加工微凹腔端面机械密封进行了性能试验。结果表明,激光加工微凹腔机械密封端面润滑性能优越,但泄漏量较大;与其它方案相比,微凹腔分布在密封环内径侧的槽腔耦合造型机械密封具有较好的端面密封性能,能有效降低端面摩擦磨损,更适用于高压、高速的运转工况。试验结果与数值模拟结果吻合。结合数值模拟和试验结果,对微凹腔分布在密封环内径侧的槽腔耦合几何参数匹配关系进行初步探索,通过端面微凹腔和螺旋槽几何参数对性能影响的研究,获得本文研究的工况参数下微凹腔几何参数适宜的取值范围为≤∥≤和≤.菪奂负尾问室说娜≈捣段≤口≤
槽腔耦合端面液体机械密封内流场及性能研究≤∥≤,为槽腔耦合造型端面机械密封的设计提供有益的参考。关键词:机械密封,槽腔耦合造型,密封润滑性能,数值模拟,性能试验Ⅱ
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录目江苏大学硕士学位论文第一章绪论课题研究的目的和意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.表面造型机械密封的研究进展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.第二章槽腔耦合造型端面机械密封内部流动分析端面螺旋槽和微凹腔耦合造型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯端面槽腔造型的物理模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。端面槽腔造型内流场的流动状态判别⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。机械密封端面槽腔耦合的结构参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。第三章槽腔耦合造型端面密封内流场数值模拟计算流体力学及治鋈砑数值模拟过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。.⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.速度分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..剪切力分布和涡量分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯槽腔耦合造型端面机械密封性能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.矍获詈显煨投