基于溫度場(chǎng)分析的水泵機(jī)械密封性能優(yōu)化研究.pdf

1、機(jī)械密封是依靠彈性補(bǔ)償機(jī)構(gòu)彈力和液體壓力擠壓動(dòng)環(huán)和靜環(huán)兩個(gè)密封面達(dá)到密封作用的旋轉(zhuǎn)軸類密封裝置。機(jī)械密封適用于各種流體，是目前泵、壓縮機(jī)和攪拌機(jī)等旋轉(zhuǎn)設(shè)備流體密封的核心裝置。在火電廠鍋爐系統(tǒng)中，給水泵具有良好的密封性能是鍋爐系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提，而在復(fù)雜工況條件和負(fù)載條件下，水泵的機(jī)械密封端面容易產(chǎn)生局部溫度和應(yīng)力過高現(xiàn)象，引起端面變形、閃蒸甚至出現(xiàn)熱裂紋，嚴(yán)重影響機(jī)械密封系統(tǒng)的密封性能，甚至發(fā)生安全事故。因此，開展機(jī)械密封端面溫度場(chǎng)

2、—應(yīng)力場(chǎng)的研究對(duì)于提高密封系統(tǒng)的整體性能是十分必要的。
　　本文以鍋爐給水泵所用的M7N機(jī)械密封為研究對(duì)象，開展了機(jī)械密封環(huán)幾何分析模型、載荷分析模型、熱源分析模型的建立，對(duì)機(jī)械密封環(huán)溫度場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)的密封特性及變工況下的溫度場(chǎng)進(jìn)行了理論分析，最后研發(fā)一整套機(jī)械密封試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證和密封特性的優(yōu)化研究。
　　1.構(gòu)建機(jī)械密封端面溫度場(chǎng)分析數(shù)學(xué)模型。簡(jiǎn)化密封結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了幾何分析模型，給出了密封端面主要幾何參數(shù)的計(jì)算表達(dá)式;建

3、立密封環(huán)載荷分析模型，并以動(dòng)環(huán)為平衡體進(jìn)行受力分析，推導(dǎo)了軸向力平衡方程;建立機(jī)械密封系統(tǒng)熱源分析模型，并根據(jù)實(shí)際工況條件對(duì)熱源模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，歸納得出:密封系統(tǒng)端面溫度升高的熱源主要是密封面間的摩擦熱;在摩擦熱計(jì)算公式的基礎(chǔ)上分析得出密封環(huán)端面溫升的影響因素。
　　2.基于ANSYS熱—應(yīng)力分析理論，對(duì)動(dòng)環(huán)建立三維軸對(duì)稱仿真計(jì)算模型，給出了端面摩擦熱源強(qiáng)度、對(duì)流換熱系數(shù)、熱量分配系數(shù)的計(jì)算表達(dá)式，采用間接耦合的方法，得到密封端面的

4、溫度場(chǎng)分布規(guī)律、應(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律，得到端面溫度達(dá)到平衡所需要的時(shí)間。
　　3.對(duì)機(jī)械密封端面溫度的影響因素進(jìn)行了分析計(jì)算，結(jié)果表明:主軸轉(zhuǎn)速、彈簧比壓和介質(zhì)壓力都能不同程度的影響端面溫升，彈簧比壓對(duì)端面溫升的敏感性最大，轉(zhuǎn)速次之，介質(zhì)壓力影響最小。
　　4.機(jī)械密封性能的試驗(yàn)研究。對(duì)機(jī)械密封端面溫度進(jìn)行瞬態(tài)、多點(diǎn)測(cè)量，并將試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果顯示測(cè)試結(jié)果與理論計(jì)算變化趨勢(shì)相同，相對(duì)誤差較小，驗(yàn)證了數(shù)值分析的正確