机械密封环的传热特性分析

研究机械密封端面摩擦热在动环、静环、端面间液膜和密封介质组成的传热系统中的传递规律。按换热面积守恒的原则将密封环简化为当量圆筒,提出动环和静环获得的摩擦热的计算方法,推导密封环的温度分布方程。结果表明,液膜摩擦热量随角频率的增加和平均膜厚的减小而增加。绝大部分摩擦热通过动环传递到介质,静环端面的温升较小。动环靠近介质侧的温度低于空气侧的温度,端面上的温度较高,且端面径向存在温度梯度。增大动环与介质的接触面积或选用热导率大的材料可降低动环上的最高温度和端面上内外径处的温差,提高机械密封的性能。     

剖分式机械密封传热及耦合变形的数值研究

为研究剖分式机械密封变形规律,建立剖分式机械密封三维传热模型,计算剖分环端面摩擦热、摩擦热分配系数及对流换热系数,研究主轴转速、冲洗量对剖分环温度场、热变形及热-力耦合变形的影响,同时分析箍紧力对剖分环热-力耦合变形的影响。研究结果表明:温度最高点位于密封端面内径侧,且碳石墨剖分静环的密封端面温度比碳化硅动环的高,密封端面和分型面在温度场作用下产生正锥度变形,而箍紧力可以减小密封端面及分型面的变形;剖分动静环的端面和分型面热变形锥度随转速的增大,均呈现增大趋势,端面的耦合变形锥度也随之增大;冲洗量增大,剖分动环端面和分型面热变形锥度减小,端面耦合变形锥度减小,剖分静环变形规律相反;箍紧力增大,剖分动环、静环端面耦合变形锥度增大。     

机械密封对流传热系数数值研究

考虑动环、静环之间的摩擦生热,采用SSTk-ω湍流模型,对接触式机械密封腔内流体的对流换热进行数值研究,并采用基于SIMPLEC方法的有限体积法进行数值求解。结合流场分布特点,利用局部Nu数和平均Nu数分析动环、静环表面的对流换热性能。结果表明:静环表面对流换热系数的变化规律与动环转速和冲洗量之间的相对大小有关;动环表面的对流换热系数则主要与转速相关;采用不同模型得到的动环表面平均Nu数关联式在低Re数时差别不大,但高Re数下基于机械密封结构模型的关联式较基于圆筒模型的关联式适用性更好。     

机械密封端面温度近似解析计算的新方法

常见的机械密封端面温度近似解析法均将静环表面作为绝热边界处理,未考虑热量从静环上的传递,计算结果存在误差.根据明确定义的热传导角,考虑热量在机械密封动静环端面的分配,建立混合摩擦状况及全液体润滑状况下机械密封端面温度计算模型,获得一种更合理地确定机械密封环端面温度分布的近似解析方法.与常见的其他近似解析方法相比,该方法概念明确、计算简洁,计算结果更接近实际.分析端面温度分布的影响因素及其影响规律,结果表明角速度、导热系数比、努赛尔数、微凸体接触的当量压力对端面温度分布有明显影响.     

船舶艉轴密封装置端面密封摩擦副温度场稳态分析

以端面密封为主密封的船舶艉轴密封装置运行时,摩擦副在海水压力及摩擦力的作用下,密封端面间会产生大量热量,引起摩擦副温度升高,导致端面密封工作不正常。采用整体接触耦合法对船舶艉轴密封装置摩擦副温度场进行稳态分析,并通过实例计算各工况下动、静环的温度分布、热变形、间隙和接触压力情况。结果表明：动、静环端面温度、端面轴向变形随密封介质压力和转速的增加而增大,动环端面轴向变形相对静环端面较小;密封端面最外侧的间隙最大,且最大间隙随转速的增加而增大,随水压的增加而减小;随着水压和转速的增加,接触区域增大,密封端面上各点的最大接触压力出现波浪形的跳动。     

核主泵用流体动压型机械密封温度场的数值研究

考虑流体粘温效应,建立了典型核主泵用流体动压型机械密封三维稳态传热有限元模型。建立了由流体域及密封环组成的二维轴对称共轭传热有限元模型,计算了对流换热系数。在此基础上,采用有限元软件求解三维模型密封温度,分析了流体入口流速以及转速对密封端面温度的影响。结果表明:深槽结构导致开槽静环密封端面温度分布不均匀;流体入口速度几乎不影响温度分布;增大转速,密封端面温度显著升高。     

基于热传导角的机械密封环温度分布计算方法

机械密封端面温度分布是影响机械密封性能的一个重要因素,端面温度近似解析计算能够很容易地分析温度对密封的影响。热量以热传导形式在动静环内部传递,在动静环与介质接触区域以对流传热形式进行传递,同时考虑明确定义的热传导角,热量在动静环上的分配,基于热传导理论,获得一种确定动静环内部温度分布的计算方法。对比分析解析计算结果与数值模拟结果,表明近似解析解与数值模拟计算结果的温度平均误差均随端面距离和半径的增加呈下降趋势。     

螺旋槽干气密封对流传热系数研究

采用数值模拟和经验公式对一典型螺旋槽干气密封的对流传热系数进行计算,考虑气膜轴向厚度、转速和密封腔气体入口速度3个影响因素,比较和分析计算结果。结果表明:2种方法的对流传热系数量级相同,但数值结果比经验公式结果更加详细。气膜轴向厚度和转速均对动环润湿面对流传热系数的影响较大,对静环润湿面对流传热系数的影响非常小。密封腔气体入口速度增大,静环润湿面对流传热系数增大,而动环润湿面对流传热系数减小。     

基于MATLAB的混合摩擦工况下机械密封动态特性研究

考虑机械密封动环和静环端面的粗糙度,同时考虑动环和静环端面摩擦生热和两端面问液膜的粘性热作用,建立了混合摩擦工况下机械密封的数学模型,并结合ANSYS与MATLAB软件对模型进行求解.结果表明:机械密封在启动过程中密封端面内侧温度不断升高,热膨胀作用使得接触压力逐渐增大;外侧温度也有所增加,但增加的速度较内侧慢,内外侧的温差逐渐增大;液膜厚度由内向外逐渐变大,总的液膜力逐渐增大,而总的接触力逐渐变小,接触区域也随之减小,当密封环达到热量平衡时,机械密封也达到平衡状态.     

醋酐装置高速泵机械密封的设计

针对醋酐装置高速泵转速较高(密封端面线速度大于25m/s),动部件产生的离心力较大,输送介质的特殊性(有毒、易挥发、强腐蚀)以及密封腔温度较高且介质易汽化等特点,设计了静止式平衡型机械密封。计算了端面摩擦热,为提高换热能力将动环设计为辅助螺纹泵送环。现场运行表明,主泵运转时该泵送环可以为隔离液提供合适的泵送压力,提高隔离液的循环速度及时带走密封面的摩擦热,满足机械密封冷却和润滑的要求。     

船舶艉轴机械密封温度场与热变形分析

船舶艉轴机械密封在运转时,密封环端面温度的分布及热变形对密封的泄漏有重要的影响。为了提高机械密封的密封性,采用有限元分析方法,运用整体法和分离法对机械密封的动、静环的温度场、热变形进行分析,研究在不同主轴转速下端面温度的变化情况。分析表明:机械密封端面的最高温度出现在接触区域的中间,并向内、外两侧递减;端面摩擦热与主轴的转速有密切的关系,转速越大,产生热量越多,温度越高;密封环的导热系数也对端面温度也有影响,导热系数越高,端面最高温度会越低;端面热变形量内径处大于外径处。     

机械密封动环变形对端面温度场的影响

在合理的假设条件下,考虑到液膜对动环的热量分配系数,基于液体润滑非接触机械密封稳态传热模型,利用ANSYS软件分别对动环变形前后温度场进行计算,得出动环端面温度分布规律,并分析主轴转速、变形角β、液膜厚度、密封环导热系数等参数对温度场的影响。分析结果表明:变形后温度要明显高于变形前温度;动环的高温区出现在内径处;主轴转速、材料的导热系数对动环端面温度有较大影响。     

机械密封动环密封点成因分析

机械密封在油田、电厂、矿山等行业中有着广泛的应用。由于使用场合的不同，受操作介质、温度、压力以及安装质量的影响，造成机械密封在寿命上表现出明显的差异。多年来，人们面对实际运行中机械密封出现的泄漏问题，解决的思路大都放在动环与静环这一对摩擦副的研究上，如动、静环的选材与匹配、静环的结构以及端面之间的润滑状态等。但在现场对轴封的检修中发现，机械密封的泄露，     

接触式机械密封外圆周织构强化换热机理研究

冲洗是强化机械密封换热的主要措施之一，但在一些特殊场合下冲洗量的大小往往是给定的，因此，需要采取一些强制换热措施来改善机械密封的运行环境。通过在密封环的外周面开设织构，针对冲洗量一定的情况，基于SST k-ω湍流模型，采用Ω方法分析了不同转速下织构深径比对端面温度、外周面局部努塞尔数Nu和织构区域流场的影响，对比研究了动环织构和静环织构的换热机理。研究结果表明：在相同工况、冲洗量和织构几何参数条件下，若动静环外周面单独开设织构，则动环的换热效果更佳。在相同转速下，动环外周面开设织构时，减小深径比会使织构内部换热效果差的区域增大，换热效果减弱，但对于静环织构，减小深径比会使织构流体流动下游侧换热效果差的区域减小，换热效果增强；随着转速的增大，较小深径比动环织构内部出现了新的差换热效果区域，单位面积换热强度显著下降。因此，为获取较优的换热效果，在低转速下宜选取小深径比织构，而在高转速下应选取大深径比织构。     

基于ANSYS的机械密封副的温度分析

研究了机械密封副的稳态温度场,在合理的假设条件下,建立了机械密封场的温度数学模型。通过计算,求得相关的热流密度与对流换热系数,然后利用ANSYS13.0软件进行运算。着重考虑了介质流量和弹簧比压对温度场的影响,为机械密封的设计提供了理论依据。     

高温热油泵机械密封的热特性数值分析

针对高温热油泵机械密封的失效问题,研究其在不同工况和结构参数下的热特性。通过ANSYS建立由机械密封动环、静环和静环座组成的三维热-结构耦合模型,并使用MATLAB计算端面热流密度插值函数;采用UDF函数对插值函数进行加载,求出每一个单元的热流密度,进而分析高温热油泵机械密封在不同转速、材料和相关结构参数下的传热特性和端面温升。分析结果表明：高温热油泵机械密封运转过程中,接触端面处温度最高;端面热量主要是通过动环传导出去,改变O形圈的支撑位置可以优化端面温升;随着端面宽度的增加及载荷系数的增大,端面温升均增大;机械密封在稳态运转的情况下,端面不会发生相变。     

PM SUER ETX 270研磨机机械密封修复的探讨

针对某进口研磨机出现机械密封泄漏的问题,通过对机械密封结构原理的研究,对可能造成密封泄漏的原因进行分析,分析表明机械密封泄漏是受弹簧压力、介质腐蚀、高温等因素的影响,造成动、静环接触面损伤和密封圈老化。根据分析结果用超精研磨来修复动、静环的磨损,在适合环境温度下,按照制定的研磨工艺和方法研磨动、静环,研磨好组装机械密封部件后进行保压测试,测试结果表明动、静环摩擦副间没有出现泄漏。研磨修复使得进口研磨机动、静环得到充分的利用,减少企业对配件资金的投入,并且该方法简单实用,效果好,对其它机械密封结构的修复有借鉴作用。     

变工况机械密封热力耦合特性分析

基于已设计的变工况机械密封为研究对象,建立机械密封二维轴对称模型,采用有限元的方法对变工况下接触式机械密封的动环、静止环进行热力耦合计算,分析密封环端面温度以及密封环端面轴向变形随介质压力和转速的变化规律,并进行试验验证结构设计合理性.结果表明:密封环端面的温度和最大温差,随着介质压力和转速的增大而增大;该结构的密封在...     

双端面机械密封环温度场的有限元分析

利用ANSYS软件对双端面机械密封环温度场进行了分析,考虑双端面机械密封环两侧不同气体泄漏介质的影响,绘出了密封环温度分布云图及等温线图,并分别讨论了主轴转速、润滑油温度发生变化时对密封环端面温度场的影响。结果表明,密封环端面内径处温度最高;静环换热效果较动环差;密封环周围主要是通过润滑油的换热,而与气体换热量较小。     

低温液氧T型槽密封端面流场数值模拟

以动环、静环和液膜三者为研究对象,建立了低温液氧介质T型槽密封的三维实体模型。利用流体力学计算软件FLUENT对模型进行数值模拟,得到了密封端面液膜流场的压力场分布、剪切力分布和液膜动静环两侧温度场分布,分析了主轴转速、密封介质粘度和压差对开启力、泄漏量和液膜两侧温升的影响。结果表明:动环端面开槽可减少粘性摩擦热,液膜静环侧温升高于液膜动环侧温升,开启力和泄漏量与转速和压差的变化成正比,主轴转速的提高和密封介质粘度的增大都会提高端面温升,压差对温度变化的影响较小。