【摘要】：間隙液膜汽化是液體潤(rùn)滑動(dòng)壓型機(jī)械密封研究和應(yīng)用中不可回避的問(wèn)題,甚至已成為其應(yīng)用到更高工況參數(shù)的障礙之一。液膜發(fā)生汽化時(shí),不僅會(huì)影響到機(jī)械密封的密封性能,還會(huì)導(dǎo)致密封運(yùn)行不穩(wěn)定甚至過(guò)早失效。目前,對(duì)于機(jī)械密封液膜汽化問(wèn)題的研究,無(wú)論理論研究還是工程應(yīng)用研究都遠(yuǎn)未成熟和完善。因此,本文針對(duì)液體潤(rùn)滑動(dòng)壓型機(jī)械密封液膜汽化問(wèn)題進(jìn)行理論分析及建模,開(kāi)展密封液膜汽化特性及其對(duì)密封性能的影響機(jī)理及規(guī)律的研究,以期為提高密封穩(wěn)定性、改進(jìn)密封性能和規(guī)避因汽化導(dǎo)致的密封失效等提供理論參考依據(jù)。本文主要研究工作及結(jié)論如下:1、本文以上游泵送液體潤(rùn)滑機(jī)械密封為具體研究對(duì)象,在考慮水的飽和溫度與壓力的關(guān)系、黏溫效應(yīng)、牛頓流體內(nèi)摩擦效應(yīng)的基礎(chǔ)上,建立了動(dòng)壓型機(jī)械密封液膜汽化計(jì)算模型,并驗(yàn)證了計(jì)算模型的有效性。2、基于已建立的動(dòng)壓型機(jī)械密封液膜汽化計(jì)算模型,在考慮飽和溫度與壓力關(guān)系的基礎(chǔ)上,研究了密封介質(zhì)的黏溫效應(yīng)和流體內(nèi)摩擦效應(yīng)對(duì)機(jī)械密封液膜汽化特性的影響關(guān)系。結(jié)果表明:黏溫效應(yīng)和流體內(nèi)摩擦效應(yīng)對(duì)機(jī)械密封性能的影響主要通過(guò)介質(zhì)粘度發(fā)生作用。在考慮飽和溫度與壓力關(guān)系的情況下,忽略黏溫效應(yīng)會(huì)對(duì)機(jī)械密封液膜汽化特性產(chǎn)生很大的影響,尤其在較高轉(zhuǎn)速條件下,會(huì)使計(jì)算結(jié)果明顯偏離理論實(shí)際。3、研究了運(yùn)行工況及液膜厚度對(duì)機(jī)械密封液膜汽化特性及密封性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明:液膜內(nèi)的平均汽相體積分?jǐn)?shù)隨介質(zhì)溫度的升高而增大,其變化速度開(kāi)始較為平緩,然后在某一溫度會(huì)發(fā)生突變,開(kāi)始急劇增大,并且其突變點(diǎn)的溫度值隨轉(zhuǎn)速的增大而增大。膜厚為3μm和4μm時(shí),平均汽相體積分?jǐn)?shù)隨轉(zhuǎn)速增加先迅速降低,然后在某一轉(zhuǎn)速時(shí)發(fā)生突變,開(kāi)始緩慢增加;而膜厚為2μm時(shí),則始終隨轉(zhuǎn)速的增加逐漸降低。平均汽相體積分?jǐn)?shù)隨介質(zhì)壓力的升高而降低,并且介質(zhì)溫度越高,降低的速度越快。開(kāi)啟力、泄漏量和摩擦扭矩變化趨勢(shì)的突變點(diǎn)與平均汽相體積分?jǐn)?shù)發(fā)生突變的位置相一致,說(shuō)明液膜的相態(tài)變化對(duì)機(jī)械密封的性能具有顯著影響。介質(zhì)壓力一定時(shí),不同轉(zhuǎn)速和介質(zhì)溫度匹配關(guān)系下,液膜的相變核心區(qū)域是不同的;介質(zhì)溫度較高,轉(zhuǎn)速也較高時(shí),相變核心區(qū)域向上游側(cè)、迎風(fēng)側(cè)移動(dòng)。4、對(duì)機(jī)械密封液膜汽化問(wèn)題進(jìn)行了瞬態(tài)計(jì)算,并簡(jiǎn)要分析了機(jī)械密封液膜汽化對(duì)密封失效的影響。結(jié)果表明:密封開(kāi)始運(yùn)行后,液膜內(nèi)的平均汽相體積分?jǐn)?shù)在幾毫秒之內(nèi)迅速增大,開(kāi)啟力、泄漏量、摩擦扭矩等的變化趨勢(shì)與平均汽相體積分?jǐn)?shù)密切相關(guān)。液膜汽化時(shí),汽泡的生長(zhǎng)和潰滅以及高低溫交變熱應(yīng)力都會(huì)對(duì)密封環(huán)材料造成損傷,導(dǎo)致密封環(huán)損壞失效。無(wú)論外部因素還是內(nèi)部因素都會(huì)引起機(jī)械密封的液膜失穩(wěn)而導(dǎo)致密封失效,但其本質(zhì)都是因?yàn)閮上嗷旌蠞?rùn)滑的不穩(wěn)定性。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH136
【圖文】：

第一章 緒 論1.1 研究背景及意義1.1.1 研究背景機(jī)械密封是由一對(duì)或數(shù)對(duì)動(dòng)環(huán)與靜環(huán)組成的平面摩擦副構(gòu)成的密封裝置，在泵、縮機(jī)、反應(yīng)釜、攪拌器、轉(zhuǎn)盤塔、離心機(jī)和過(guò)濾機(jī)等工藝設(shè)備上得到了廣泛應(yīng)用[1]，基本結(jié)構(gòu)如圖 1.1 所示。機(jī)械密封最早是 1885 年在英國(guó)以專利形式出現(xiàn)的[2-3]，1900 開(kāi)始應(yīng)用。在這一百多年的研究應(yīng)用過(guò)程中，機(jī)械密封的密封機(jī)理不斷發(fā)展，并為機(jī)密封的設(shè)計(jì)制造與優(yōu)化改進(jìn)提供了理論依據(jù)，密封性能得到了不斷提升，其優(yōu)越性得越來(lái)越多用戶的接受，應(yīng)用范圍也得到不斷拓展。目前，在國(guó)內(nèi)，機(jī)械密封在工業(yè)用中的應(yīng)用達(dá)到了 70%-80%[4]，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，例如美國(guó)采用的旋轉(zhuǎn)機(jī)械動(dòng)密封裝置中機(jī)械密封應(yīng)用率達(dá)到了 90%以上[5-6]。

圖 1.2 Xue Bing 等的空化實(shí)驗(yàn)結(jié)果[15]Fig.1.2 Cavitation test of Xue Bing過(guò) N-S 方程推導(dǎo)出了雷諾方程，描述了流體動(dòng)壓述機(jī)械密封端面液膜內(nèi)的空化現(xiàn)象，因此，作為對(duì)提出完善了流體動(dòng)壓潤(rùn)滑的空化模型。這四種邊mmerfeld、Reynolds 和 Jakobsson-Floberg-Olsson（界條件與工程實(shí)際不符[17]，已幾乎不再使用。潘械密封（LST-MS）的動(dòng)壓分析理論模型，對(duì) 化邊界條件進(jìn)行了比較，認(rèn)為 Reynolds 邊界與 ，而 Half-Sommerfeld 邊界條件預(yù)測(cè)的精度則很差ing 等[15]研究發(fā)現(xiàn)，Reynolds 空化邊界條件下的的壓力分布和流體承載力，但 JFO 空化邊界條件 等[21]開(kāi)發(fā)了一個(gè)三維熱流體動(dòng)力學(xué)（THD）CF

主要有四種類型：氣 - 液兩相流，液 - 液兩相流，氣 - 固兩相流和液 - 固兩相流，如圖2.1 所示為幾種多相流動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖。多相流總是由兩種連續(xù)介質(zhì)或一種連續(xù)介質(zhì)和若干種不連續(xù)介質(zhì)組成[66]。連續(xù)介質(zhì)稱為連續(xù)相，不連續(xù)介質(zhì)稱為分散相（或非連續(xù)相）。（a）彈狀流 （b）氣泡流、含液滴流或帶粉氣流 （c）沉降（d）分層或自由表面流 （e）流化床 （f）氣動(dòng)輸運(yùn)、水力輸運(yùn)或渣漿流圖 2.1 多相流流動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2.1 Multiphase flow regimes目前應(yīng)用較多的多相流連續(xù)介質(zhì)力學(xué)模型主要有：?jiǎn)瘟黧w模型、多（雙）流體模型

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2784362