深槽端面机械密封热流体动压特性的近似计算.docx

)##; 年 月:03 )##;+,-./,0 1-.,-223,-. ’245-676.8文章编号：=! !)$$ ? )##; @ # ##A #$深槽端面机械密封热流体动压特性的近似计算邹文辉， 徐华（西安交通大学 润滑理论及轴承研究所，陕西 西安!##$%）摘 要：建立了一个以过热水为工作介质、以平行端面为密封面的物理模型，给出了流体动压机械密封的端面密封面流量、端面温升、端面承载能力、端面摩擦功耗和膜压系数等性能参数的计算方法 通过验证，表明这种方 法是可靠、合理的，可为进行类似条件下的密封研究提供一种参考 关键词：机械密封；承载能力；功耗；膜压系数中图分类号：’(!#)文献标志码：*热力楔机械密封是先进技术装置，国内已有许多学者对其性能进行了研究：杨惠霞等人在文献 B C 中采用有限元方法综合考虑密封面粗糙度、密封环 变形以及热传导等因素的影响，从理论上进行了探 讨与分析；赵惠清等 B ) C 对高压低转速深槽机械密封 的性能进行了研究，并分析了介质压力、密封环材 料、端面开槽的形状和个数对密封性能的影响；彭旭 东 B C 在热流体动力楔机械密封的近似计算方面做了式中：()*、()- 分别为静压部分和动静压部分的沸腾半径；(,、(# 分别为如图 所示的密封面的内径和 外径；(. 为槽体内径 一定的工作，给出了膜压系数的变化规律 本文所研究的是：依据不同相态机械密封理论，以及平面型端面的简单计算模型，在彭旭东工作的基础上，对该 类密封性能参数的近似计算作进一步地完善和改端面膜压系数端面开槽产生压力楔效应，使密封端面的不同 端面处的膜压分布不同 ? 图 ) @ ：/ / 断面上的压力 分布为流体静压加动压 （文中称为动静压）；8 8 断! #进对高速机械的发动机涡轮泵用密封的研制与设计有一定的指导意义 密封端面性能参数的近似计算方法气相体积比! !面上基本上为静压 假定密封面上的平均压力分布如图 中的实线所示，即对两断面的压力分布作加权平均后得到的总的压力分布，由此可以看出与半 径 (G 对应的膜压 /H 介于 /G 与 /# 之间 气相体积比! 为密封面间隙内蒸气体积流量! 与总体积流量 !# 之比，或蒸气流通面积 $ 与总流通面积 $# 之比（设膜厚 % 为常数），即（）! ! ’ !# $ ’ $# D ? () ()) @ E ? () ( @))式中：( 、() 、() 分别为密封面内半径、外半径和沸腾半径 采用窄密封近似 B $ C ，其误差密封面宽带内沸腾半径的大小 对静压部分，其体积比 !* 为这也说明F ;!# + , @ ；? )） @ E ? ()())*对动静压部分其体积比 !- 为)- + ）’ （(. + (, ）（）收稿日期：)##$ #% )!作者简介：邹文辉 ? %!;— @ ，男，硕士研究生，主要从事流体润滑理论与摩擦学研究 第 ! 期邹文辉等：深槽端面机械密封热流体动压特性的近似计算!式 中 ： 1 #! $ ( 为 相 对 饱 和 蒸 气 压 ；! 01 - % ! ’%! 2 %$ % 为密封面内外半径比 5动静压部分，其 %$ 到 %, 段的膜压系数计算与 静压部分类似，经简化可得其膜压系数计算公式为( ?*?!06 %06 * %$+,6! # ,!!!06#!-%, * %$!-,6 6 ( ? ,*6 ? （! * #6 ）56,!!（ ）式 中 ： 6 # ! 06 % ! ’ ! $ (为 相 对 饱 和 蒸 气 压 ；%! 2 %$ %, 为密封面内外半径比 #动静压部分其%, 到% 段由于是理想的密封为求得端面间汽相和液相压力分布，假定密封状态，其膜压系数为 +,6, 2 !#由于动静压密封部分分两段考虑，故现应该考面间流体流动为等温流动 #因为在实际中，要求机械密封的泄漏量很小，所以密封端面的温度值主要取决于密封环的导热系数，而不是端面间缝隙处的虑其综合膜压系数 #根据其各自在密封面所占的半径方向的比例来取权值，经文献 : ; 验证，这种考虑是合适的，所以动静压部分的综合膜压系数为流体的对流换热能力 #同时，密封面宽度相比于密封面的平均直径要小得多，导热系数值很高的密封环将使端面径向温度梯度很小，因此假定流体一旦 进入端面缝隙内，其温度将迅速上升，径向温度梯度（!）+,6 # /+,6! $ % ! ’ / ( +,6,式中：/ 为比例系数 ##密封端面膜压系数：现已求得两种简单状态下的膜压系数，根据它们各自在密封中所占的比例可求 得端面膜压系数，即可忽略不计 #假定密封面为平行