接触式机械密封端面温度及分布的计算与分析开题报告

 2021-08-08 12:08

1. 研究目的与意义

机械密封因密封性能好,使用方便、工作可靠等优点,成为最重要的流体密封技术之一,但工作时因密封环相对转动产生的摩擦热以及密封附件产生的搅拌热,会使密封端面温度升高,温度过高时会导致密封面间隙内液膜汽化、密封环变形,密封面磨损等问题,从而影响密封性能。所以为了防范此问题,保证机械密封正常运转和零部件完好,必须要控制端面温度处于正常的工作范围内。为此我们需要研究并建立一个可以及时测量机械密封端面温度及其分布的方法。

2. 国内外研究现状分析

对于接触式机械密封端面温度的计算研究已经开始了几十年,目前常用的计算端面温度的方法有解析法、数值模拟法、经验公式法等。在过去用解析法计算密封环端面温度尚属罕见。所以在1980年,李克永[1]等人就推导了确定简单矩形断面密封环温度分布的解析计算方法。1986年李红[2]等人针对实际使用的密封环形状,推导了L型密封环的端面温度解析式。但这两种解析计算方法仅给出了热量在密封环的导热规律,并没有给出密封环与介质进行换热的换热系数计算方法。到了1992年Pascovici和Etsion[3]提出热传导角ψ的概念,并假定热传导角ψ为45,推导了全流体润滑状态机械密封端面温度分布的计算表达式,1994年Etsion和Groper又给出了热传导角ψ的明确定义,推导了全流体润滑状况下的端面温度分布计算公式。1995年朱孝平[4]等人在Pascovici和Etsion全流体润滑的基础上,假定热传导角ψ为45,推导了混合摩擦状态下双端面机械密封端面温度分布计算式。2004年,胡小云[5]依据热传导角ψ的明确定义,确定了混合摩擦状况下端面温度分布计算式。但这三种解析法在计算时都将静环表明作为绝热边界处理,没有考虑热量从静环上的传递。所以2012年高杰[6]等人考虑热量在机械密封动静环端面的分配,建立混合摩擦状况及全液体润状况下机械密封端面温度计算模型,并分析了影响端面温度分布的因素和规律。获得了一种更合理的确定机械密封环端面温度分布的近似解析式。但是前面几种方法仅仅分析了动静环接触端面的温度分布,而对于动静环内部温度的分布,并没有给出计算表达式。因此2013年宋鹏云、高杰等人[7]根据热传导理论,假定了热流沿热传导角方向传温,并考虑热量在动静环的分配,对密封环内部进行了理论计算与分析。

目前接触式机械密封的测量方法主要是热点偶法和热电阻法。热点偶法是在静环后端打孔,将热点偶埋于静环内实现温度测量,这种方法测试精度高,相对稳定且简单,但响应速度慢,反应绝对温度也不够准确。是目前接触式机械密封端面温度测量采用最多的方法。热电阻法使用热电阻温度传感器进行摩擦端面温度测量,原理与热点偶相同,热电阻传感器响应速度快、精度高,因而在测量时能够直观的反应密封端面的温度情况,缺点是线性差、老化快、对环境温度敏感性大。该方法用于测量流体润滑状态下的端面温度效果好。

目前研究表明,机械密封端面温度的测量有以下几个难点:一是动静环之间间隙很小,很难插入温度传感器。二是摩擦端面温度保持时间短,无法通过移开其中一端进行温度测量。三是通过在静环后端钻开盲孔测量温度的方法对加工要求高。四是非接触式机械密封端面温度测量方法难以推广使用。因此,仍需研究者对此做进一步的研究。

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3. 研究的基本内容与计划

研究内容:

(1)理论计算接触式机械密封端面温度;

(2)测量流体润滑状况下接触式机械密封的端面温度;

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4. 研究创新点

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