扩压式自泵送机械密封端面的液膜汽化及其结构优化研究

摘要

针对扩压式自泵送机械密封的液膜汽化问题，建立了基于Mixture两相流模型、黏温方程、饱和汽化压力和温度关系式的液膜汽化计算模型，研究了中高温工况下密封界面间液膜相变的主要区域和原因，并通过均匀实验法和NSGA-Ⅱ算法求得393 K工况下的最优端面结构参数。研究结果表明：相变主要产生于扩压环槽和密封面内径侧；随着介质温度的升高，气相体积分数增大以及介质的黏度降低，泵送效应减弱，高压区和低压区面积都减小；在保证密封运行稳定的前提下，求得刚漏比的最优解为257.17 GN·h/（m·L）,此时的端面结构参数螺旋角β、密封坝坝长w_d、螺旋槽槽长w_g、螺旋槽槽深h_g、扩压环槽宽w_k分别为34.4°、5.2 mm、8.9 mm、43.3μm、5 mm。研究结果对端面结构优化设计、控制液膜相变和提高扩压式自泵送机械密封的密封性能具有指导意义。

关键词

机械密封 / 汽化 / 流体动压 / 密封性能 / 多目标优化

基金资助

国家自然科学基金(52075268); 江苏省重点研发计划(SBE2021030576)