化工学报 ›› 2020, Vol. 71 ›› Issue (5): 2202-2214.DOI: 10.11949/0438-1157.20191586
收稿日期:
2019-12-26
修回日期:
2020-03-03
出版日期:
2020-05-05
发布日期:
2020-05-05
通讯作者:
孙见君
作者简介:
葛诚(1994—),男,硕士研究生,基金资助:
Cheng GE(),Jianjun SUN(),Xuchen SU,Chenbo MA,Qiuping YU
Received:
2019-12-26
Revised:
2020-03-03
Online:
2020-05-05
Published:
2020-05-05
Contact:
Jianjun SUN
摘要:
密封端面开启力是保证非接触式机械密封非接触运行的重要指标。为克服普通自泵送流体动静压型机械密封端面开启力随转速增大而减小这一不足,基于离心式泵或压缩机的扩压器工作原理提出了一种扩压式自泵送流体动静压型机械密封。数值模拟比较了普通自泵送和扩压式自泵送流体动静压型机械密封的密封性能,探讨了密封面结构参数和工况参数对扩压式自泵送流体动静压型机械密封性能的影响规律。结果表明:扩压式自泵送流体动静压型机械密封相比同等螺旋槽参数的普通自泵送流体动静压型机械密封的密封界面开启力提升了50%以上,并随转速增大而增大;随着扩压环槽增宽,开启力和泄漏率都显著增大;减小扩压环槽深度,能有效提高开启力;扩压环槽结构尺寸的变化基本不影响槽扩宽比、槽数和螺旋角对密封性能的影响规律。在一定的工况参数下,通过结构参数匹配,扩压式自泵送流体动静压型机械密封可以获得较优的密封性能。
中图分类号:
葛诚, 孙见君, 苏徐辰, 马晨波, 於秋萍. 扩压式自泵送流体动静压型机械密封性能分析[J]. 化工学报, 2020, 71(5): 2202-2214.
Cheng GE, Jianjun SUN, Xuchen SU, Chenbo MA, Qiuping YU. Performance analysis on diffuser self-pumping hydrodynamic and hydrostatic mechanical seal[J]. CIESC Journal, 2020, 71(5): 2202-2214.
边界 | 边界类型 |
---|---|
引流孔道E | pressure-inlet(P|E=p o) |
内径AB | pressure-outlet (P|AB=p i) |
外径CD | pressure-outlet (P|CD=p o) |
环槽FG、HI | periodic boundary(P|FG=P|HI) |
液膜AD、BC | periodic boundary(P|AD=P|BC) |
引流孔低面与环槽上表面 | interface |
环槽下表明与液膜上表面 | interface |
液膜下表面与螺旋槽上表面 | interface |
螺旋槽出口JK与扩压环内径侧面LM | interface |
螺旋槽底面 | moving wall |
螺旋槽两侧面和内径侧面 | moving wall |
其余壁面 | stationary wall |
表1 边界条件设置
Table 1 Boundary condition setting
边界 | 边界类型 |
---|---|
引流孔道E | pressure-inlet(P|E=p o) |
内径AB | pressure-outlet (P|AB=p i) |
外径CD | pressure-outlet (P|CD=p o) |
环槽FG、HI | periodic boundary(P|FG=P|HI) |
液膜AD、BC | periodic boundary(P|AD=P|BC) |
引流孔低面与环槽上表面 | interface |
环槽下表明与液膜上表面 | interface |
液膜下表面与螺旋槽上表面 | interface |
螺旋槽出口JK与扩压环内径侧面LM | interface |
螺旋槽底面 | moving wall |
螺旋槽两侧面和内径侧面 | moving wall |
其余壁面 | stationary wall |
参数 | 数值 |
---|---|
密封环外径,r k/mm | 46.5~50 |
螺旋槽外径,r o/mm | 44.5 |
螺旋槽根径,r g/mm | 35.5 |
密封环内径,r i/mm | 26.5 |
扩压环深,h k/μm | 40~60 |
螺旋槽深,h g/μm | 50 |
膜厚,h c/μm | 1.2 |
槽台宽比,γ | 0.5~0.9 |
槽数,N g | 16~30 |
螺旋角,α/(°) | 22~50 |
引流环槽宽,L/mm | 2 |
引流环槽深,H/mm | 0.5 |
引流孔径,D/mm | 2 |
密封介质压差,Δp/MPa | 0.1~0.9 |
转速,n/(r?min-1) | 600~6000 |
表2 数值计算参数
Table 2 Numerical simulation parameters
参数 | 数值 |
---|---|
密封环外径,r k/mm | 46.5~50 |
螺旋槽外径,r o/mm | 44.5 |
螺旋槽根径,r g/mm | 35.5 |
密封环内径,r i/mm | 26.5 |
扩压环深,h k/μm | 40~60 |
螺旋槽深,h g/μm | 50 |
膜厚,h c/μm | 1.2 |
槽台宽比,γ | 0.5~0.9 |
槽数,N g | 16~30 |
螺旋角,α/(°) | 22~50 |
引流环槽宽,L/mm | 2 |
引流环槽深,H/mm | 0.5 |
引流孔径,D/mm | 2 |
密封介质压差,Δp/MPa | 0.1~0.9 |
转速,n/(r?min-1) | 600~6000 |
图12 扩压环槽槽深对液膜动静压变化的影响
Fig.12 Effect of diffuser ring depth on dynamic and static pressure change of liquid membrane (r k=49.5 mm,r o=44.5 mm,N g=18,γ=0.5,α=22°,Δp=0.5 MPa,n=4000 r·min-1)
图14 槽扩宽比变化对密封性能的影响
Fig.14 Effect of width ratio of groove to diffuser ring on sealing performance (r k=49.5 mm,h k=50 μm,r o=44.5 mm,N g=18,α=22°,Δp=0.5 MPa)
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