圓弧槽機械密封的結(jié)構(gòu)特點及性能
圓弧槽機械密封是密封端面上開有圓弧形循環(huán)槽的一類機械密封，如圖所示。本文主要講解了圓弧槽機械密封的結(jié)構(gòu)特點及性能，揭示其密封機理與動壓形成機制。
(a) 單弧形 (b) 外壓圓環(huán)形 (c) 內(nèi)壓圓環(huán)形
圖 3種弧形槽機械密封端面
在國外，Mayer對圓弧槽機械密封進行了大量的研究，認為其密封機理是熱效應(yīng)和流體動壓效應(yīng)的耦合。1967年，前蘇聯(lián)的Golubiev首次提出熱流體動壓密封的完整理論分析模型和方法。1969 年，Lymer 建立了該類槽型機械密封的簡單計算模型，提出了該類密封性能參數(shù)的近似計算方法。1981 年，日本學(xué)者大場寬二，清水忠之通過實驗驗證了圓弧槽機械密封良好的動壓性能。1994 年，Tournerie 等利用有限元法，計算了端面開弧形槽機械密封的性能。1997年，Person 等采用數(shù)值方法研究了該類機械密封的穩(wěn)態(tài)動力學(xué)特性，指出圓弧槽可以增加端面間的靜壓力，降低密封環(huán)對動壓波動敏感性，有利于密封的穩(wěn)定操作。1999 年，Lai 對各種槽型的非接觸式端面密封進行了論述。其中表面深槽熱流體動壓非接觸式機械密封，槽型有密封環(huán)靠近外圈端面開設(shè)半圓形、矩形、月牙形、三角形、菱形及其復(fù)合型槽形等。2005 年，Papatheodorou研究表明適當(dāng)增加槽數(shù)可提高圓弧槽液膜承載能力。2006 年，Reddyhoff 等進一步對圓弧槽的槽數(shù)和槽深進行優(yōu)化設(shè)計。
在國內(nèi)，1986年，關(guān)雅賢等對圓弧槽機械密封進行了實驗研究。自1996年，楊惠霞針對該類密封進行了深入的理論研究，提出了圓弧槽熱流體動壓機械密封數(shù)值計算方法，并據(jù)此分析了該類密封的穩(wěn)態(tài)性能。為了便于工程設(shè)計，彭旭東等于1997 年提出了圓弧槽機械密封性能參數(shù)的近似計算方法，可以近似計算端面膜壓系數(shù)和端面溫度等性能參數(shù)。自1998 年起，通過有限元分析圓弧槽結(jié)構(gòu)變形及溫度場的研究報道較多，較全面的分析了穩(wěn)態(tài)工況下圓弧槽幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)對密封性能參數(shù)的影響。
圓弧槽非接觸密封屬于深槽熱流體動壓機械密封，彌補了普通淺槽非接觸密封不能勝任的低速高壓、高溫及大尺寸場合。同時，由于圓弧槽能吸附液體，使密封環(huán)外緣得到良好的冷卻，還具有排除雜質(zhì)的能力并且和轉(zhuǎn)向無關(guān)，因而端面開圓弧槽的機械密封其性能較好，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.mp99x.cn/)認為很適合用來密封低粘度、高參數(shù)的介質(zhì)例如高溫高壓水。與此同時，盡管圓弧槽機械密封可以很好地改善密封端面間的潤滑情況，以適用于高參數(shù)的工況，但它的流體回流效果不佳，始終存在高壓側(cè)向低壓側(cè)的泄漏。
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