机械密封的失效模式与临界平衡比的计算

介绍了与机械密封面积比有关的几种主要失效模式，如密封面开启失效，早期磨损，干运转，疱疤，相态失稳，倾斜失稳，液膜失稳，液膜破裂，汽化和丧失密封性等，并提出考虑主要失效现象的临界平衡比公式，根据临界面积比的大小，要以判断所选用的机械密封平衡比是否合理，并进一步来确定该机械密封的合适面积比。给出了计算实例，计算结果可供机械密封设计时选用。     

机械密封的汽相体积比与膜压系数

对机械密封的汽机体积比与膜压系数进行了研究，给出了计算式，这两个参数均可作用判断相态和相态稳定性的判据，影响这两个判据一些参数有相对饱和蒸汽压，温度比，半径比和粘度比等，利用这些参数和判据，可以确定汽液两相机械密封的设计参数，即面积比和膜压系数，文中用示例计算出面积比等参数，并分析了相态稳定性，所得结论可用于汽液两相机械密封的设计。     

机械密封的汽相体积比与膜压系数

对机械密封的汽相体积比与膜压系数进行了研究，给出了计算式。这两个参数均可用作判断相态和相态稳定性的判据。影响这两个判据的一些多数有相对饱和蒸汽压、温度比、半径比和粘度比等，利用这些参数和判据，可以确定汽液两相机械密封的设计参数，即面积比和膜压系数。文中用示例计算出面积比等多数，并分析了相态稳定性，所得结论可用于汽液两相机械密封的设计。     

火箭发动机液氢涡轮泵转子-密封系统的非线性动力稳定性

研究了不平衡激励下密封对火箭发动机液氢涡轮泵转子系统非线性动力稳定性的影响；采用Muszynska模型描述密封流体激振力，根据Timoshenko梁-轴有限元模型离散化转轴，建立了实际液氢涡轮泵转子-密封系统的非线性有限元模型；结合Floquet理论和打靶法，分析了该不平衡系统的动力稳定性和非线性行为。研究表明：密封诱发的次同步进动造成的系统失稳破坏首先发生在涡轮端轴承；轴承阻尼、密封轴向雷诺数和密封长度对系统临界失稳转速有显著影响，随着轴承阻尼和密封轴向雷诺数的增大，系统临界失稳转速增加，随着密封长度的增加，临界失稳转速逐渐变小。     

变压机械密封的研究

探讨了变压机械密封的设计方法，并通过对密封端面润滑状态的分析，提出了一种计算平衡比Ｂ的方法，其计算值与试验值基本符合，应用该法设计的变压机械密封具有良好的密封性能。     

碱液循环泵机械密封失效分析及改进

乙烯装置压缩系统浓碱液循环泵是碱洗塔的塔底循环泵,它将经裂解气碱洗过的碱液输送到塔顶,使碱液循环使用。该泵在实际运行中,频繁发生泄漏,机械密封在安装运行一周左右开始微漏,1～2个月内泄漏量增大,无法继续使用。严重影响了装置的环保达标和长期稳定运行。该泵为单吸悬臂卧式离心泵,主要技术参数如下表:失效分析一般造成密封失效的主要原因有端面液膜失效、材料与介质不相容,以及制造和安装问题等。端面比压是机械密封的重要性能参数,端面比压要在设计的范围之内(内装式机械密封一般为0.2MPa～0.4MPa),以保证机械密封端面良好配合,使…     

石油化工泵备用机械密封及报警系统的研究

为防止和监控关系泵用机械密封的突然失效，研制了备用机械密封及提警系统，该系统是在主密封后面安装一个非接触式备用机械密封，主密封与备用密封间有一个辅助密封腔，与压力报警装置相连，当主密封失效时，辅助密封腔内压力上升，驱动备用密封的两端面立即贴合进入工作状态，起到二次密封的作用，阻止危险介质向大气泄漏保证主机连续运转，此系统比传统的双端面密封及串联密封的结构简单，安装方便，给出了非接触式备用机械密封的     

螺旋槽上游泵送机械密封有限元数值计算

研究了螺旋槽上游泵送机械密封的工作机理。分析了该密封端面间的液体运动规律并建立了用于计算机械密封端面内液体二元流动的雷诺方程，用有限元数值计算的方法得出了一定条件下螺旋槽上游泵送机械密封端面间液体的压力分布，开启力及上游泵送量等，计算结果表明，螺旋槽上游泵送机械密封端面液膜内的压力分布呈三维凸形曲面，该密封具有明显的流体动压效应，低压侧的流体向上游泵送到槽底直径处压力增至最大值。该密封稳定性较好，理论上能实现零泄漏。     

石油化工泵备用机械密封及报警系统的研究

为防止和监控关键泵用机械密封的突然失效，研制了备用机械密封及报答系统。该系统是在主密封后面安装一个非接触式备用机械密封，主密封与备用密封间有一个辅助密封腔，与压力报警装置相连。当主密封失效时，辅助密封腔内压力上升，驱动备用密封的两端面立即贴合进入工作状态，起到二次密封的作用，防止危险介质向大气泄漏并保证主机连续运转。此系统比传统的双端面密封及串联密封的结构简单，安装方便，给出了非接触式备用机械密封的设计方法和计算公式，得出了备用密封的最佳参数范围。试验及现场检验表明，研制的备用密封工作多数在理论上与实际相一致。     

螺旋槽式液体机械密封的动力学性能分析

采用有限元法求解螺旋槽式液体机械密封的雷诺方程，得到了机械密封中的二维压力分布，并在此基础上建立了机械密封的动特性参数的表达方式和计算方法．结合对某典型的人字形螺旋槽式液体机械密封的动特性参数的计算与分析，给出了结构参数和运行参数对螺旋槽式液体机械密封动力学性能的影响，在密封间隙大于10μm时可忽略流体动力学的影响．分析了液体机械密封的动力学稳定性，在一定工况下机械密封的力刚度和力矩刚度系数会成为负值而造成密封系统失稳．在机械密封设计中引入了密封动力学设计的概念．     

锥形结构对锥孔组合型机械密封端面变形及密封性能的影响

考虑密封系统各组件间接触受力及封闭流体与端面间的力作用,提出锥/孔组合型动压机械密封,构建端面密封流/固耦合理论模型,并将相应的有限元软件与计算机语言编程相结合,通过迭代计算获得端面膜压场及其变形情况,探究端面锥度和锥面宽度比在低、高压工况下对密封性能的影响规律。结果表明：随锥度φ的增大,高压区缩小,低压区扩张,孔区内液体所形成的压力峰值越来越陡峭,使得静圆环端面上产生周期性波式变形和倾斜锥度变形,变形情况与膜压场的形状相类似;动圆环端面锥度变形比较明显,波式变形不明显,且随φ的增大,锥度变形也越来越大。无论是对于较低速、低压或是较高速、高压状态下的机械密封,当端面特征几何结构参数选取为锥度φ=0.8~1.6、锥面宽度比γ=0.8~1时,机械密封均可获得优良的综合性能。     

螺旋槽干式气体端面密封的刚度和泄漏量研究

干式气体端面密封(DGS)是一种非接触式机械密封,适用于大多数气体密封场合,了解密封特性尤其是气膜刚度和泄漏量对正确设计密封非常重要。针对螺旋槽气体端面密封结构,用有限元法计算了密封端面的气膜压力分布及密封的气膜刚度和泄漏量等特性参数,分析了密封面的槽深比、螺旋角和槽长坝长比等两两变化时对密封特性的影响。研究表明,当槽深比取2.0～2.5,螺旋角取15°,槽长、坝长比取1.5～2.0,槽台宽比取1.0,槽数取12～18时,可在确保密封泄漏量低的同时具有较大气膜刚度。     

机械端面密封动力学的发展概况

论述了机械端面密封(包括接触式和非接触式)的动态特征,以及对影响动态特性的因素所作的试验研究和理论分析。这些因素中主要包括密封端面间流体膜效应(例如刚度、阻尼和相变等)和密封环组件,并着重考虑了密封端面表面形貌(包括波度、粗糙度和径向锥度)。针对未来机械端面密封技术的发展,特别是密封动力学的研究,提出了几个建议。     

端面磨损对U型槽动压机械密封性能的影响

以核主泵所用U型槽动压密封环为对象,研究了密封端面因介质中微粒所引起的磨损问题.结果表明：端面动压槽根部产生的初期磨损将造成刚度和泄漏率增加,且随着磨痕数量的增加,泄漏率呈线性增加;当磨痕贯穿密封坝而使U型槽根部与端面低压侧短路时,将会造成泄漏率的阶跃上升和刚度急剧下降.在实际使用的过程中,多个U型槽将会同时出现磨痕,当一处磨痕贯穿密封坝时,将造成大量介质泄漏,且磨痕越深,其泄漏率越大,最终导致密封失效.     

菱形孔密封环端面密封性能分析

针对密封端面开有等深大菱形孔的液体润滑密封环,采用有限元法求解其等温及层流不可压缩二维Reynolds方程,并通过求解密封环的力平衡方程,分析了在不同操作工况下,大菱形孔端面密封的平衡膜厚、泄漏率和液膜刚度等密封性能参数随孔深、半长轴长度、孔列数变化的规律.结果表明:在分析范围以内,当大菱形孔开孔深度d1=3.5~5.0μm、密封端面大菱形孔的半长轴长度a处于1.2~1.8mm、沿密封端面周向对称分布的菱形孔列数N=165~195时,大菱形孔端面密封的液膜稳定性和密封性能较好.     

三角形表面织构对机械密封端面动压性能的影响

为了研究三角形织构对机械密封端面动压性能的影响,建立均匀分布的等腰三角形微孔的密封端面理论模型,利用有限差分法对流体动压润滑方程进行求解,获得了密封端面无量纲压力分布,并考察了三角形微孔的面积率、方向角度以及形状角度对无量纲平均压力Pav的影响。结果表明:密封端面无量纲平均压力随着面积率增大先增大后减小;三角形方向角度为90°时平均无量纲压力取得最大值且在该位置随着形状角度的增大而增大。     

端面倾斜对粗糙表面机械密封性能的影响

针对航空泵用机械密封实际操作条件,考虑粗糙表面弹塑性接触,基于质量守恒的JFO(Jakobsson-Floberg-Olsson)空化理论建立了倾斜粗糙端面机械密封环的液体润滑和混合润滑计算模型;采用有限单元法求解PC(Patir and Cheng)平均Reynolds方程,获得端面液膜的压力分布;对比研究了在不同的密封压力、中心膜厚和转速条件下,端面倾斜角对粗糙表面和光滑表面机械密封性能参数的影响规律.结果表明:随着倾斜角增大,端面的承载力增大,摩擦力先减小而后增大,泄漏率增大;当端面倾斜角较小时,粗糙表面机械密封性能优于光滑表面机械密封性能.     

机械密封变形的研究

对机械密封环的各种变形形式进行了分析和评价,提出了机械密封设计的平行面原则.研究认为,影响机械密封热变形和压力变形的主要因素有密封环的材料、结构和使用条件.对这些影响因素进行控制可使变形得到协调.密封特性协调的方法有两种:一是每个环的热变形和压力变形相抵销,二是动环的变形与静环的变形协调.热变形和压力变形都可以从正值变化到负值.     

单组分介质机械密封性能计算

给出了计算单组分介质的粘度、密度、导热系数和饱和蒸汽压等热物理性质的关联式.以平行端面机械密封为模型,对机械密封的端面温度、膜压系数和相变半径等性能参数进行了计算.给出了端面温度和膜压系数的关系曲线.对液氨泵轴封进行了实测计算.结果表明,端面温度理论值同实测值吻合很好,文中所给软件及方法可供生产实际中应用.