離心泵密封腔內的溫度場分析與改型設計.pdf

1、機械密封作為常用的軸向端面密封裝置,其性能直接關系到整臺機械設備的安全問題。機械密封運行時,端面摩擦和附件攪拌產生的熱量不易擴散,熱量積累,使密封環(huán)端面溫升過高,易造成端面的干摩擦、熱裂和變形等問題,導致密封迅速失效,因此,對密封環(huán)溫度場的研究具有十分重要的意義。密封腔內流體的流動與傳熱與密封環(huán)的溫度場分布密切相關,因此研究時應同時考慮密封腔內流熱場和密封環(huán)溫度場。但目前大多數(shù)研究集中在密封環(huán)的溫度場方面,本文在前人對機械密封及腔內流動

2、的理論與試驗研究基礎上,以浙江某企業(yè)生產的LsPA600型離心泵為載體,對離心泵密封腔流體流動及密封環(huán)進行流熱耦合計算,并根據(jù)對流強化傳熱理論對密封腔進行改型設計,以改善機械密封周圍的運行環(huán)境。主要工作與研究成果有:
　　 1、采用有限元法對機械密封動、靜環(huán)單獨進行穩(wěn)態(tài)溫度場求解,分析了動、靜環(huán)的溫度分布規(guī)律。
　　 2、基于有限元的有限體積法,采用直接耦合方式對摩擦副和泵內全流場進行穩(wěn)態(tài)流熱耦合計算,探討了密封腔內的溫

3、度分布規(guī)律;與有限元模擬結果進行對比,分析了密封腔內流動對機械密封溫度分布的影響情況。結果表明:腔內流體的流動影響著熱量傳遞,進而影響著機械密封環(huán)的溫度分布情況;采用直接耦合方法得到的對流傳熱系數(shù)大于半經驗公式計算的對流傳熱系數(shù);泵在不同工況運行時,機械密封環(huán)端面溫度變化不明顯。
　　 3、根據(jù)強化對流傳熱理論和分析研究,對密封腔進行改型設計,改變流體的流動狀態(tài),以強化傳熱。應用場協(xié)同原理分析速度場與溫度場的協(xié)同性,同時研究改型

4、設計對泵外特性的影響。結果表明:密封腔的改型設計使流體不再沿著等溫線運動,速度場與溫度場協(xié)同性得到改善,強化了傳熱,腔內溫度降低。
　　 4、對密封腔改型后的模型泵進行性能試驗,并同時測量密封腔內流體的溫度,從性能及腔內溫升兩個方面驗證模擬分析的準確性。得出:筋板的阻隔作用對腔內流動并未產生較大阻力,對泵的水力效率影響較小;試驗測得改型后的腔內溫度低于改型前的腔內溫度。
　　 為了改善泵密封腔內的運行環(huán)境,本文以強化對流