水力機械端面密封內部微尺度流動與密封潤滑機理研究

《水力機械端面密封內部微尺度流動與密封潤滑機理研究》是依託江蘇大學，由陳匯龍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：水力機械端面密封內部微尺度流動與密封潤滑機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳匯龍
• 依託單位：江蘇大學

項目摘要

水力機械的動密封是本行業難題之一，端面微造型機械密封的密封潤滑機理研究是獲得高性能密封的關鍵。本項目根據零泄漏非接觸要求首次提出具有巨觀槽和微凹腔形貌組合表面的新型液體機械密封，擬在研究其微尺度區域內粘性耗散、熱擴散、近壁流體物理特性、邊界層誘導和空化形態等問題，進而獲得粘溫模型、雙電層等微尺度效應數學關係和凹腔空化模型的基礎上，建立真實描述密封內部熱流體行為的理論模型。通過理論分析、多重耦合數值模擬和試驗研究相結合，著重研究不同密封工況、不同形貌參數組合條件下的熱變形、潤滑膜流場結構、壓力脈動頻率特性及其與動壓效應、泵送效應的關係，獲得影響潤滑膜特性的因素及內在規律性，深入分析密封潤滑機理。同時，研究密封端面跨尺度組合形貌最佳化設計方法，探索新型雷射微造型工藝，為試驗研究和理論模型的修正、驗證提供保證，並形成零泄漏非接觸液體機械密封新技術。本研究旨在為水力機械行業高性能密封技術提供新途徑。

結題摘要

機械密封是旋轉介質輸送設備的關鍵部件，為獲得高性能機械密封，本項目針對非接觸式機械密封的密封潤滑機理進行研究。通過密封微間隙內部流動微尺度效應的研究，獲得了邊界滑移、表面粗糙度對密封潤滑性能的影響關係，為具有微間隙流動理論模型的建立提供依據；首次將動格線技術引入機械密封性能研究中，開展了密封微間隙液膜空化機理、發展過程和空化熱效應研究，得到了轉速、壓力和氣核含量對空化效應的影響以及空化效應對液膜壓力、開啟力、液膜剛度、泄漏量和摩擦扭矩等密封性能的影響規律，初步探索了空化效應和熱效應引起的動壓潤滑失效機制；實現了密封雙向流固熱多場耦合研究，獲得密封環熱-力變形規律及其與密封潤滑性能的關係，尤其是密封環變形對液膜流場瞬態特性的影響關係；拓展了化工輸送泵用中溫高粘性介質機械密封熱特性、熱變形、沖洗參數最佳化和密封端面改型的研究，為密封性能提升和節能降耗提供了理論參考依據；基於兩相流體的連續介質理論，利用Mixture模型，拓展了密封微間隙液膜內部流固兩相流動特性及其對密封性能的影響研究，得到間隙內部顆粒分布規律及其與膜壓、開啟力和摩擦扭矩的關係，為把握密封磨損機理和獲得減磨途徑提供參考；對密封微間隙液膜流場瞬態特性、動壓機理、潤滑特性、熱特性，以及槽深漸變、槽腔耦合方式、槽型改進等進行研究，為密封微間隙流場及性能的系統研究和端面形貌設計提供了參考依據；開展了密封端面幾何形貌參數與密封性能的多目標最佳化研究以及密封端面宏微觀幾何形貌設計、雷射加工和性能對比試驗，獲得了高性能機械密封設計理論、方法和密封端面幾何形貌加工方法。研究成果為水力機械行業高性能密封技術的開發和套用提供了理論參考依據和新途徑。