深槽型流体动压机械密封是德国KSB公司的主泵机械密封结构型式,具有结构简单、磨损寿命长、低压泄漏率低等技术特征。本文提出了一种跨计算平台的协同分析方法,对国产化深槽型主泵机械密封进行计算分析,基于ANSYS平台对机械密封的热变形进行分析,采用有限差分法求解带JFO汽蚀边界条件的雷诺方程,利用浮动环的轴向平衡条件迭代求解获得平衡状态下的液膜厚度,继而计算获得稳态下液膜流场、压力分布以及机械密封的低压泄漏率。同时,搭建机械密封全流量试验台进行工况的全流量试验,测得了国产化深槽型主泵机械密封在稳态工况下的低压泄漏特征。研究表明,全流量试验测得的低压泄漏结果与计算结果相近,具有较好的匹配度。

以核主泵流体动压型圆形深槽第二级密封为研究对象,建立包括密封环、端面液膜和密封腔组成的三维跨尺度传热系统。采用Fluent软件,在流固交界面采用强制耦合,求解能量方程和N-S方程,获得端面间液膜、密封环、密封腔的流场分布、压力分布和温度分布,在此基础上研究转速、冲洗量和冲洗进出口位置对三维传热系统的影响。结果表明：冷却冲洗对于密封环的散热有显著效果;深槽能降低密封端面的温度,起到局部的冷却作用;深槽结构以及流体惯性作用,导致深槽两侧存在压力梯度;转速对温度场的影响远大于冲洗量的影响;冲洗进出口位置对密封环、密封腔的温度场影响较大,冲洗进出口位置均存在最优值,进口在无量纲量L/L0为4/7处最优,出口位于动环外周凸台处有较好的冷却效果。