采用结合三维有限元分析与基于经典摩擦理论的密封液膜流场分析相结合的方法,针对某新型核反应堆冷却剂泵(简称核主泵)机械密封的6种密封面方案进行分析研究,对比各方案的液膜厚度、接触载荷、名义磨损率、低压泄漏率等关键参数。计算结果表明,6 mm槽宽的设计方案是一组性能较为平衡的设计,其密封面的性能输出特征与某进口成熟机械密封类似且略优于进口型号;带有低压补偿的直线槽方案能够大幅延长密封面寿命,但同时带来了更高的低压泄漏率。

为了增强浮动迷宫密封的浮起性能和适应转子径向跳动的能力,在主轴跑道的外表面增加了槽型结构,通过试验测量和CFD数值仿真研究不同压差、转速下不同开槽方式(无槽、直线槽与螺旋槽)对浮动迷宫密封泄漏特性和浮起性能的影响。结果表明:泄漏量随着压差的增大近似呈线性增长,直线槽浮动迷宫与螺旋槽浮动迷宫泄漏量数值计算值最大分别增加了16.1%和18.7%,试验值最大增加分别为14.5%和15.1%;直线槽与螺旋槽对浮动迷宫密封浮起力的影响相差不大,但是随着压差的逐渐增加,螺旋槽对浮起力的影响相较于直线槽而言会越来越大;随着转速的增加,3种密封结构的泄漏量和浮起力变化很小,而且直线槽与螺旋槽密封结构泄漏量和浮起力都大于无槽密封结构。

使用GAMBIT软件建立三维计算模型并划分网格，采用流体力学软件FLUENT，基于三维N—S方程，选用层流模型与SIMPLE算法，对直线槽密封结构的三维流场进行数值研究。