LaserFace液体润滑机械密封性能研究

论文摘要

在石油化工行业存在着许多易汽化介质,该类介质因极易气（汽）化而使机械密封失效。解决易汽化介质的密封难题对于石化生产等行业连续性无故障生产具有重要的意义。LaserFace液体润滑机械密封（LF-MS）是John Crane公司针对易汽化介质提出的密封解决方案,在强化端面润滑的同时控制了泄漏量,是一种先进的新型机械密封。为完善其端面设计理论,摸索其密封机理,加速其推广应用,本文针对LF-MS的密封机理进行了理论和试验研究,主要工作和成果如下：首先,依据流体润滑理论和密封原理,考虑粗糙度影响,采用混合摩擦理论,建立了LF-MS的数学模型,采用有限元方法,引入Reynolds空化边界条件,对数学模型进行数值求解,并验证了程序的有效性。其次,通过液膜压力分布和速度分布探讨了LF-MS的密封机理,并对LF-MS与传统接触式和非接触式机械密封进行了数值对比研究,结果表明,LF-MS具有动压效应好、刚度高、摩擦系数低的优点,特别是“近接触”时综合性能优势明显。最后,研究了操作参数和端面几何参数对LF-MS密封性能参数的影响规律,分析了引流槽和回流槽尺寸对密封性能的影响作用,完善了端面槽型设计理论,结果表明,几何参数对密封性能影响较大,回流槽变深能提升LF-MS的密封性能和润滑效果。在理论分析基础上初步进行了试验研究,分析了不同操作参数对密封性能的影响规律。本文研究成果为国内系统细致研究LF-MS提供了基础,可以用于指导LF-MS产品的设计,具有一定的理论意义和工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 液体润滑机械密封研究现状
• 1.2.1 机械密封基础
• 1.2.2 上游泵送密封
• 1.2.3 流体动压垫/热流体动力楔密封
• 1.2.4 激光加工多孔端面密封
• 1.3 LF-MS研究现状
• 1.4 存在问题
• 1.5 研究内容
• 第2章 LaserFace液体润滑机械密封数学模型
• 2.1 几何模型
• 2.2 物理模型
• 2.2.1 弹性接触模型
• 2.2.2 修正的雷诺方程
• 2.3 空化边界条件
• 2.4 有限元数值求解
• 2.5 密封性能参数
• 2.6 程序编写与程序验证
• 2.6.1 程序流程及编写
• 2.6.2 程序验证
• 2.7 本章小结
• 第3章 LaserFace机械密封机理研究
• 3.1 计算模型与参数选取
• 3.2 密封机理研究
• 3.2.1 膜压分布
• 3.2.2 速度分布
• 3.3 密封性能研究
• 3.3.1 等膜厚下密封性能对比
• 3.3.2 等闭合力下密封性能对比
• 3.4 本章小结
• 第4章 LaserFace机械密封性能影响分析
• 4.1 操作参数的影响
• 4.1.1 转速的影响
• 4.1.2 密封压力的影响
• 4.2 几何参数的影响
• 4.2.1 引流槽比的影响
• 4.2.2 回流槽比的影响
• 4.2.3 引流槽长系数的影响
• 4.2.4 回流槽定位系数的影响
• 4.2.5 长短轴比的影响
• 4.2.6 回流间距系数的影响
• 4.2.7 周期性个数的影响
• 4.3 回流槽变深研究
• 4.3.1 径向变深的影响
• 4.3.2 周向变深
• 4.4 粗糙度的影响
• 4.5 本章小结
• 第5章 LaserFace液体润滑机械密封试验研究
• 5.1 试验台简介
• 5.1.1 试验台概况
• 5.1.2 激光加工技术
• 5.2 试验测试方法
• 5.2.1 扭矩测定方法
• 5.2.2 端面温度测定方法
• 5.3 试验方案与试验步骤
• 5.3.1 试验方案
• 5.3.2 试验步骤
• 5.4 试验结果分析
• 5.4.1 摩擦扭矩
• 5.4.2 端面温度
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 符号说明
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加旳科研项目和成果