超高速涡轮泵机械密封工作特性分析

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1、2016年第4期导弹与航天运载技术No.42016总第348期MISSILESANDSPACEVEHICLESSumNo.348文章编号：1004-7182(2016)04-0022-03DOI：10.7654/j.issn.1004-7182.20160406超高速涡轮泵机械密封工作特性分析郭军刚，温力，郑华义，胡丽国，郝小龙（北京精密机电控制设备研究所，北京，100076）摘要：超高速涡轮泵机械动密封需满足可靠性及寿命指标要求，在研制阶段，需通过理论分析研究机械密封工作特性。在对机械密封动力稳定性与密封端面磨损换热特性分析研究的基础上，针对所选用的机械

2、密封形式，选取合适的参数，校核机械密封相关性能参数，并对密封副工作特性进行初步研究，得到密封副泄漏量的变化规律、动力稳定性及其端面散热量，以确定合适的冷却液流量。该机械密封工作特性分析的应用为超高速涡轮泵的寿命与可靠性试验验证提供了一个合理的、高效费比的技术途径。关键词：涡轮泵；机械密封；工作特性中图分类号：V433文献标识码：APerformanceAnalysisofHypervelocityTurboPumpMechanical-sealGuoJun-gang,WenLi,ZhengHua-yi,HuLi-guo,HaoXiao-long(Beiji

3、ngResearchInstituteofPreciseMechatronicsandControls,Beijing,100076)Abstract:Researchonhypervelocityturbopumpmechanical-sealperformanceiscarriedouttomeetreliabilityandliferequirements.Basedonanalysisofmechanical-sealreliabilityandsealfacehot-transfercharacteristics,accordingtotheme

4、chanicalseal,theappropriateparametersareselected,mechanical-sealperformance-relatedparametersarechecked,andthesealworkcharacteristicsarestudiedtoobtainthechangingrulesoftheleakquantity,thedynamicalstabilityandsealgeneratingheatquantityforselectingthesuitablecoolingflux.Theperforma

5、nceanalysisoffersareasonableandeconomicalwaytolifeandreliabilitycompliancetest.Keywords:Turbopump;Mechanical-seal;Performancecharacteristics0引言1超高速机械密封工作原理与失效机理分析航天推力矢量伺服系统中，超高速涡轮泵是产生1.1原理与结构高压介质的核心动力部件，一旦其机械动密封出现严某超高速涡轮泵机械密封由动环组件、静环组件、重故障，将导致伺服系统工作失效，造成巨大的经济密封壳体等组成，如图1所示。损失。影响超高速

6、涡轮泵机械密封工作特性的因素包括：a）密封环的加工和安装误差；b）频繁的启停将加速密封环的磨损；c）弹性元件和紧固件的失效。本文主要讨论机械密封动力稳定性、密封副热交换和和磨损以及泄漏量等特性对机械密封可靠性的影响，开展超高速机械密封工作特性分析，对提高伺服系统的寿命、安全性、可靠性具有重大意义。图1机械动密封结构收稿日期：2015-10-20；修回日期：2015-11-09作者简介：郭军刚（1976-），男，高级工程师，主要研究方向为超高速旋转机械设计与研究第4期郭军刚等超高速涡轮泵机械密封工作特性分析23[4]由图1可知，其中动环、静环的端面组成一对摩

7、的倾斜振动，使其在工作状态不发生失稳。动力失稳：22擦副，静环靠密封室中液体的压力和弹簧弹力使其端rmr*2()ppR2⎛⎞g⎛⎞ω212−⎛⎞m⎜⎟⋅=⎜⎟4+a⋅⎜⎟（2）面压紧在动环端面上，并在两环端面上产生适当的比⎜⎟rk**k⋅cr⎜⎟⎝⎠sp⎝⎠cr2⎝⎠sp压并保持一层极薄的液体膜从而达到密封的目的。弹8πR2(1−R2)(1−βR)111a=2性元件产生压力，可使涡轮泵在不运转状态下保持端[]2+β(1−R1)*()面贴合，保证密封介质不外漏，并防止杂质进入密封β=β⋅R2c2端面。密封元件起密封动环与轴的间隙、静环与密封式中rg为回转半径

8、，即密封静环唇口外径；rsp为弹壳体间隙的作用，同时对泵的振动、冲