摘要：我国的经济社会不断发展，科学技术水平不断提升。自适应机械密封技术是现代技术的代表，这一技术应用了浮动安装结构，提高了设备的密封性能。与国外的镶装密封相比，国内的自适应接触式机械密封更具优势。本文将构建一个动态分析模型，探讨自适应接触式机械密封性能，希望能为相关人士提供一些参考。
关键词：自适应机械密封；接触式机械密封；密封性能
1动态分析模型
为了对核主泵的自适应接触式机械密封进行分析，必须依靠网络信息技术，构建动态分析模型。经过测算，自适应接触式机械密封的工作压力差大致在0.2MPa左右。自适应接触式机械密封需要接收内部压力和外部压力，内压和外压的方向是完全平行的。密封外围有动环和静环，动环呈圆球状，静环呈凸起状。在构建模型时，需要计算密封动环和静环的半径[1]。在理想状态下，自适应接触式机械密封为一个粗糙的表面，且粗糙度为接触表面标准差的平方根。动环和静环相对，液体在二者中间流动。当流体经过静环和动环的表面时，会因摩擦力加大而产生热量。自适应接触式机械密封的外侧为热交换区域，内侧为受热区域。热量和密封性具有正相关的关系，因此可以采用温度控制方程，对自适应接触式机械密封性进行计算。
润滑模型的基本参数有以下几个：第一个是核能源的泄漏量；第二是密封静环和动环的摩擦扭矩；第三是自适应接触式机械密封的闭合力；第四是静环动环之间流体的压力。在进行计算时，一般采用平均流量方程，对流体热量的动态分布量进行分析。具体来说，混合润滑模型的求解流程如下：第一，嵌入基础参数，输入自适应接触式机械密封的基本特征。第二，对摩擦热量和摩擦力进行计算。第三，测算流体的平均流量。第四，选择开启力平衡。如果力平衡未开启，应该调整自适应接触式机械密封膜的厚度，如果力平衡已经开启，应该计算流体的温度场。第五，查看温度场是否收敛。如果温度场未收敛，应该更新温度场。如果温度场已经收敛，应该更新膜厚，并对其收敛度进行测算。第六，应该查看自适应接触式机械密封膜的松弛度，如果膜的松弛度弱，可以进行重新输入操作参数；如果膜的松弛度强，应该计算核能的泄漏量。
2常规状态下密封工作性能
2.1压力与密封性能
在构建模型、计算核能的泄漏量后，应该对自适应接触式机械密封的工作性能进行分析。自适应接触式机械密封的工作参数分为两类：第一类是几何参数；第二类是工况参数。几何参数是指自适应接触式机械密封的结构参数，如动环半径、静环半径等；工况参数是指自适应接触式机械密封的运行参数，如压力值、温度值等等[2]。
经过实验，发现上述几何参数、工况参数对自适应接触式机械密封性能产生重要影响。在工况平衡的情况下，改变液体压力，密封温度会发生变化，核能的泄漏量也会发生改变。出口压力加大会导致主轴运动速度加快，液体的流动性更强。液体流速加快，和动环静环的摩擦系数加大，致使温度迅速上升。在热胀冷缩的作用下，自适应接触式机械密封发生变形，端面间隙会逐渐形成锥形。大量核能从断面间隙泄漏，且泄漏量会随着时间的延长而加大。当自适应接触式机械密封的内外压力差为0.2MPa时，泄漏率可以达到每小时11毫升。假设主轴的转速为每分钟一千五百转，那么在入口压力持续加大的情况下，泄漏率会迅速增加。
2.2粗糙度与密封性能
粗糙度也会对自适应接触式机械密封性能产生影响。一般来说，当端面的粗糙度加大，液体的摩擦率会迅速上升，导致端面温度升高。端面温度升高后，自适应接触式机械密封很容易发生弹性变形，使端面间隙进一步扩大。端面间隙越大，泄漏的核能越多。根据动态分析模型计算，当端面的粗糙度为2，泄漏率会较之前增长五倍。
3非常规状态下密封工作性能
3.1环板变形
自适应接触式机械密封出现变形可能是由以下几个原因导致的：第一是自适应接触式机械密封的外界压力过大，动环静环的位置发生偏移。随着压力差的增大，动环和静环会出现变形，甚至与密封顶面相接处。第二是自适应接触式机械密封的外侧触电不平衡，内侧点和外侧点的接触区域相互交叉，环板逆向运动，使密封间隙加大[3]。
当环板发生变形后，会对静环和动环的工作性能产生影响。静环和动环是两个综合部件，在环板平衡的情况下，静环和动环可以承受液体压力，控制液体温度。一旦环板失衡，静环和动环的承压能力被大大削弱，液体很容易通过密封间隙渗出，使自适应接触式机械密封的泄漏率加大。
3.2操作系数
在结构参数一定的情况下增加主轴的转速，会抬升端面温度，使液体温度迅速上升。主轴转速与液体温升之间的关系如图1所示，从图中可以看出，主轴转速越快，液体温度越高。在端面温度抬升到一定程度后，自适应接触式机械密封会在热力作用下发生变形。自适应接触式机械密封的变形度与介质粘稠度、端面形状无关，因此在此处需要忽略上述两个参数值。当温度攀升，自适应接触式机械密封承受的外压会逐渐增多，液体的流动速度加快，和动环静环的摩擦系数也相应加大。当入口压力小于5MPa，自适应接触式机械密封承压越大，泄漏率越大。而当入口压力超过了5MPa,自适应接触式机械密封承压越大，泄漏率的增长幅度越小。介质在动环与静环中间流动时，会向外界释放剪切热量。由于一部分介质已经通过间隙泄露，向外界释放的剪切热量会逐渐缩小。剪切热量与压力值密切相关，压力值越大，剪切热量越大。在非常规状态下，自适应接触式机械密封承受的内外压失衡，介质的流动方向会发生改变。
图1主轴转速与液体温升的关系
除了基础操作系数外，内部构件也会对自适应接触式机械密封性能产生影响。以静环和动环的组件为例，静环动环组件包括静环动环座、静环动环夹紧环等等，在组装这些构件时，需要采用浮装结构。一些构件使用了镶装结构，使自适应接触式机械密封陷入非常规工作状态，加大了液膜压力，使泄漏率持高不下。
结论：综上所述，我国的经济社会不断发展，科学技术水平不断提升。自适应机械密封技术是现代技术的代表，具有突出的实用价值。在可持续发展理念的指导下，我国扩大了核电的使用范围。为了防控核泄漏的风险，必须采用现代化的核主泵，保障自适应接触式机械密封性能。
参考文献：
[1]张冰,付小军,魏建军,朱金雄,管玉峰. 田湾核电站安全壳机械贯穿件隔离阀密封性试验[J]. 能源技术与管理,2014,(02):119-121.
[2]王小燕,孟祥铠,刘鑫,盛颂恩,彭旭东. 核主泵用流体动压型机械密封耦合模型与性能分析[J]. 摩擦学学报,2013,(02):169-176.
[3]彭旭东,刘鑫,孟祥铠,李纪云,盛颂恩. 疏水表面的自密封性对机械密封性能的影响[J]. 化工学报,2011,(05):1365-1370.
论文作者:陈新青
论文发表刊物:《科技中国》2017年7期
论文发表时间:2017/10/11
标签：自适应论文; 机械论文; 端面论文; 压力论文; 性能论文; 液体论文; 参数论文; 《科技中国》2017年7期论文;