抛物线型流体静压型机械端面密封数值分析.pdf

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1、26FLUIDMACHINERYVo1．41，No．4，2013文章编号：1005—0329(2013)04—0026—04抛物线型流体静压型机械端面密封数值分析方艳峰(杭州应用声学研究所，浙江杭州310012)摘要：以小型水下航行器艉轴用机械密封为研究对象，提出了抛物线型流体静压型机械端面密封(PHS-MS)二维轴对称模型；兼顾流体粘度随压力和温度的变化，采用有限差分法对Reynolds方程、能量方程、热传导方程及其他控制方程组成的耦合数学模型进行了数值计算；在相同的几何与环境参数下，通过PHS．MS与传统锥形(锥角)流体静压型机械端面密封(CHS．MS

2、)密封性能对比，表明在同等开启力下，PHS．MS泄漏量更小，提高了小型水下航行器运行的安全性及航程；研究了几何参数对PHS—MS密封性能的影响规律，获得了最优几何参数。关键词：水下航行器；流体静压型机械密封；密封性能；有限差分法中图分类号：TH136文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1005—0329．2013．04．006AnalysisofaHydrostaticMechanicalSealwithParabolicFaceFANGYan—feng(HangzhouAppliedAcousticsResearchInstitute，H

3、angzhou310012，China)Abstract：Asmechanicalsealusedinthetai1shaftofsmallunderwatervehicleforstudying．atwo．dimensionalaxisymmetriemodelwaspresentedforahydrostaticmechanicalseal(PHS—MS)withparabolaface；Consideringtheeffectsofsealedfluidviscos-ityvaryingwithtemperatureandpressure，finit

4、edifferencemethodwasusedtoobtainthejointsolutionfortheReynoldsequation，energyequation，thermalconductionequationandotherequations；SealingperformanceparameterswascomparedbetweenPHS—MSandhydrostaticmechanicalsealwithinconvergentface(CHS—MS)atsa／negeometryandenvironmentalparameters，th

5、eresultsshowthattheleakageissmallerthanCHS—MS，anditmakesunderwatervehiclemuchsafer；Theeffectofsurfacestructureparam—etersontheperformanceofPHS—MSwasstudied，andtheoptimalparameterswereobtained．Keywords：underwatervehicle；hydrostaticmechanicalseal；sealingperformance；finitedifferencem

6、ethod1前言度的结构形成一层具有一定承载能力的液膜，其典型特点是卸压能力大、运行可靠、寿命长。国内小型水下航行器采用螺旋桨推进，其动力输外学者针对机械端面密封机理进行了研究，并取出轴与航行器艉轴的密封可靠性对其安全稳定运得了较多成果_】-3]。Etsion等对倾斜机械密封环行具有重要的作用，其密封环境恶劣，工况特殊。端面的热耗散进行了流体动力学分析研究，得到若采用简单成型密封件(O型圈等)，其与轴摩擦了密封环周向、径向及密封液膜的温度变化J。时的发热量大、功耗高、磨损严重，密封可靠性和Erwan等建立了HS—MS热弹流体动压模型，分析寿命均较低，致使航

7、行器航程缩短，无法达到规定了热力变形及辅助密封0型圈对密封性能的影要求。而机械端面密封具有摩擦生热小、功耗低响。彭旭东提出了适用于多种工况下，端面温及磨损少的优点，可以显著提高密封可靠性及航度的计算方法_6；并针对单锥度和双锥度端面流行器的航程。体静压型机械密封，提出了二维和三维稳态传热流体静压型机械密封(HS-MS)是非接触式机物理模型，系统研究了热弹变形对密封性能的影械密封，通常采用在端面开有沿泄漏方向收敛锥响圳]。收稿日期：2013—01—202013年第41卷第4期流体机械27本文提出了抛物线型流体静压型机械端面密、刚度及刚漏比E的计算参考文献H。

8、封(PHS-MS)二维轴对称模型，对PHS—MS与传统锥面流体静压