螺旋槽機械密封環在熱-力耦合下的變形特性分析

馬高峰,王宇飛，高宗華，楊璽慶

(蘭州石化職業技術大學 a.機械工程學院；b.人事處，甘肅 蘭州 730060)

機械密封是化工、核電裝備的基礎配件，一旦失效泄漏會造成嚴重后果[1,2]。近幾年行業的精細化發展對機械密封服役環境提出更高要求，然而機械密封的失效破壞大多是由于兩環摩擦生熱導致潤滑冷卻液膜蒸發，致使較大摩擦熱和多重效應力耦合作用兩環端面所致。因此準確評估機械密封環變形對化工、核電的安全生產有重大意義。

針對機械密封熱力耦合模型的建立和計算，國內外專家已進行了較多的研究，Zhu[3]和Brunetiere[4,5]建立了密封環的三維熱-力耦合模型，并用有限單元法迭代求解，得到了密封環在耦合求解過程中不可忽略熱彈變形的影響。李雙喜[2]考慮動靜環與顆粒介質的摩擦，建立了密封環熱力耦合的有限元計算模型，得到了硬質合金和陶瓷材料溫度場和端面變形規律。王永樂[5]彭旭東[6]對機械密封液膜壓力和密封環的溫度分布以及熱力耦合做了系統分析，得到了高溫高黏度下介質熱傳導對密封環溫度場的影響占主導，且潤滑液膜的熱效應不可忽略。

基于以上基礎建立了三維螺旋槽機械密封環熱力耦合模型，采用Workbench結構模塊化進行計算求解，考慮了端面混合摩擦熱、液膜平衡力以及高速旋轉產生的離心力等多場耦合來分析密封環的變形情況。

1 理論模型

1.1 幾何模型

在機械密封動環端面通過激光打標技術刻畫出序列化螺旋槽，其槽不但有助于減少密封流體的泄漏，而且還有一定的集油潤滑效果。……