螺旋槽机械密封环在热-力耦合下的变形特性分析

2021-02-14马高峰王宇飞高宗华杨玺庆

兰州石化职业技术学院学报 2021年4期

马高峰,王宇飞，高宗华，杨玺庆

(兰州石化职业技术大学 a.机械工程学院；b.人事处，甘肃兰州 730060)

机械密封是化工、核电装备的基础配件，一旦失效泄漏会造成严重后果[1,2]。近几年行业的精细化发展对机械密封服役环境提出更高要求，然而机械密封的失效破坏大多是由于两环摩擦生热导致润滑冷却液膜蒸发，致使较大摩擦热和多重效应力耦合作用两环端面所致。因此准确评估机械密封环变形对化工、核电的安全生产有重大意义。

针对机械密封热力耦合模型的建立和计算，国内外专家已进行了较多的研究，Zhu[3]和Brunetiere[4,5]建立了密封环的三维热-力耦合模型，并用有限单元法迭代求解，得到了密封环在耦合求解过程中不可忽略热弹变形的影响。李双喜[2]考虑动静环与颗粒介质的摩擦，建立了密封环热力耦合的有限元计算模型，得到了硬质合金和陶瓷材料温度场和端面变形规律。王永乐[5]彭旭东[6]对机械密封液膜压力和密封环的温度分布以及热力耦合做了系统分析，得到了高温高黏度下介质热传导对密封环温度场的影响占主导，且润滑液膜的热效应不可忽略。

基于以上基础建立了三维螺旋槽机械密封环热力耦合模型，采用Workbench结构模块化进行计算求解，考虑了端面混合摩擦热、液膜平衡力以及高速旋转产生的离心力等多场耦合来分析密封环的变形情况。