激光加工T型槽端面密封性能的数值分析开题报告

1. 研究目的与意义

随着工业的快速发展，密封件的工作状况已趋于高温、高速、高压。在实际的应用中，密封失效的情况是不可避免的。流体动压密封作为一种新型的非接触式机械密封，它具有密封性能良好，泄漏量小，理论上泄漏量甚至可以达到零，运行寿命长，特别适合高参数(高速、高温、高压)设备的密封，是目前密封领域相对先进的一种动密封形式。

在密封领域中国内的研究起步比国外晚，与国外相比，对密封的研究还存在着很大的差距。目前，国内市场对密封产品需求正在逐渐增大，前景看好，新产品的销售和旧产品的维护将会是一个很大的市场，然而仅靠国外进口，有价格高，维护、调试都很不方便的问题。所以加强国内密封产品的研发，以提高其密封性能指标是非常有必要的。目前，国内对流体动压密封的研究主要是针对螺旋槽型，对其他槽型的研究很少。对于T型槽除了能同螺旋槽密封一样能产生较好的流体动压效应外，还可以双向旋转，由于不受旋转方向的限制，它还避免了由于反向旋转造成的密封失效问题，所以T型槽流体动压密封的应用前景非常好。因此以T型槽为研究对象在密封技术研究领域是很有必要的。

2. 国内外研究现状分析

在国外，1969年，E.Mayer就尝试对圆弧形循环槽热流体动压机械密封进行试验，并发表研究结果。1984年，以色列的Etsion教授就提出了零泄漏非接触式机械密封的新概念，他打破了传统的非接触式机械密封不能达到零泄漏的观念，发明了圆叶槽式的机械密封。1992年，W.E.Key和R.F.Salant等提出了热流体动压垫深槽机械密封的理论分析模型。1994年，Clienicke采用有限差分法求解开槽机械密封含湍流影响因子的Reynolds方程。1997年，Person等采用数值方法对该类机械密封的稳态动力学特性进行研究，使密封更加趋于稳定。2000年后，Shifeng Wu和Ray Clark求解出螺旋槽端面密封的完全Navier-Stokes方程，得出密封端面的压力场和速度场，并证明了螺旋槽开在动环或静环上对密封端面的压力场和速度场没有影响；Zirkelback用有限元法求解螺旋槽端面密封在等温状态下的非线性Reynolds方程、开启力、泄漏量、轴向气膜刚度以及阻尼系数，并对密封端面几何参数(包括槽数、螺旋槽角、槽深等)对密封性能的影响进行了研究。

随着密封技术产品的发展和广泛应用，国内有关研究机构也相继对流体动压密封进行了研究。1986年关雅险、李松虎对圆弧槽机械密封进行了部分实验。1990年，王美华选用了三角形单元网格的有限元法计算了人字型槽机械密封端面间的压力场，随后还发表了其热变形及力变形的计算结果。1992年，王玉明研制出了八字型的油膜润滑螺旋槽机械密封装置。1995年，彭建等采用八结点的有限元法计算出了螺旋气体密封压力，还对部分参数进行了优化。1999年，宋鹏云用有限差分法对气体润滑和液体润滑的非接触式机械密封(直线槽)分别进行了数值模拟，并对槽形、槽数、槽深等对密封端面流场的影响进行了分析。2004年，于新奇、蔡仁良对激光加工多孔端面非接触机械密封中的动压情况进行了分析。最近，北京化工大学的蔡纪宁，张秋翔等人在密封实验研究及动态稳定性分析方面做了些工作，并发表了相关论文。这些对用Fluent软件模拟密封实验的指导工作有着十分重要意义。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

（1）结合国内外相关资料总结了流体动压密封的研究现状和存在的问题，指出密封课题今后的发展趋势和研究方向，并介绍上游泵送机械密封的密封机理和工作原理。

（2）提出一种t型槽干气密封端面平衡间隙的计算方法：通过采用数值模拟的方法对端面进行数值计算，确定出流体动压密封的端面平衡间隙，为密封运行状态的判断提供依据。

4. 研究创新点