考虑空化-黏性热效应的螺旋线组合型机械密封仿真与性能分析

摘要

为减缓螺旋槽机械密封液膜中的空化现象，通过调整背风侧螺旋线的角度α_Ⅱ,提出了一种螺旋线组合型端面结构。综合考虑高转速下液膜空化和黏性生热现象的加剧，采用仿真软件计算了密封液膜流场，对比分析了工况条件和结构参数对螺旋线组合型槽的空化-黏性热效应及密封性能的影响，并探究了液膜压力与温度变化对空化现象的耦合影响。研究表明：液膜空化主要发生在局部压力较低的螺旋槽背风侧，采用螺旋角α_Ⅱ小于螺旋角α_Ⅰ的组合型槽可以降低空化程度，其液膜空化体积比传统螺旋槽缩小47.37%;开启力和泄漏率均随着转速和进口压力的增加呈线性增长，空化体积随着转速的增加而扩大，但随着进口压力的增加则明显降低；在低压力和高转速工况下，空化效应受槽型结构的影响更为明显，空化区域随槽深和螺旋角α_Ⅱ的增加而显著减少；另外，开启力和泄漏率随着两者的增加先增加后减小，存在结构参数的优选方案，其中槽深的优选值为5～8μm。研究结果期望抑制液膜机械密封的空化现象并改善密封性能。

关键词

螺旋槽机械密封 / 空化效应 / 黏温效应 / 数值仿真

基金资助

甘肃省重点研发计划资助项目(24YFGA029)