高温泵用非接触式气膜密封粘温特性数值研究

　　利用Fluent建立了高温泵用非接触式气膜密封模型，分析了考虑粘温效应对密封参数的影响。并计算得出随着转速和压力比的变化，粘温效应对开启力、刚漏比、摩擦功耗以及最大端面温度的影响。研究发现随转速增大，粘温效应对密封参数的影响愈发明显;而粘温效应对密封参数的影响与压力比无明显关系。为高温泵用非接触式气膜密封设计提供相关参考。

1、前言

　　在炼油化工行业中，存在大量高温油泵，泵操作温度可达200～400℃。其输送介质在此操作条件下，一旦发生泄漏极易引发火灾，造成严重的安全事故。目前，波纹管串联非接触式密封逐渐代替原有的单端面接触式机械密封，并取得良好的应用。

　　对于一般非接触式机械密封的研究，由于密封环内外径温差较小，通常假设阻塞流体(氮气或冷却油)粘度为常数进行数值分析，忽略温度变化对介质粘度的影响。而对于高温泵用非接触式机械密封，阻塞流体与被密封介质存在一定温差，流体膜粘度是一个和温度相关的变量。当粘度变化较大时，采用定粘度对密封的性能参数进行分析计算必然产生较大误差。考虑到阻塞流体粘温效应的影响，本文针对非接触式气膜密封主密封的流场及温度场进行模拟计算，得出流体的粘温效应对高温泵用非接触式气膜密封各性能参数的影响，为高温油泵非接触式气膜密封的研究提供相关依据。

2、研究对象及条件

　　2.1、几何模型确定

　　本文研究的新型波纹管串联式非接触式机械密封结构如图1所示。

图1 波纹管串联非接触式机械密封

　　图2示出密封动环端面。

图2 螺旋槽气体端面密封结构示意图

5、结论

　　(1)对于高温泵用非接触式机械密封，在相同工况下，未考虑粘温效应所计算得开启力比考虑粘温效应时计算开启力偏小。若以不考虑粘温效应对高温泵用非接触式机械密封进行设计，实际运转中气膜厚度略大于设计厚度;

　　(2)随着转速增大，粘温效应对高温泵用非接触式气膜密封影响越来越明显。在高转速工况下，应考虑粘温效应对密封性能的影响;

　　(3)粘温效应对开启力、刚漏比、摩擦功耗的影响与压力比无明显关系，粘温效应对摩擦功耗有明显影响。