上游泵送机械密封作为近年来新发展起来的密封技术,因具有泄漏量低、非接触的特点被广泛应用于石化行业的介质密封中,实践证明取得了良好的效果。但在实际生产中,由于工作环境的变化和密封介质发生相变,导致机械密封偏离正常设计工作状态运行,密封环寿命将受到影响,严重时可导致密封失效。针对上述问题,本文通过分析机泵设备在变工况下密封失效原因,结合机械密封机理与流体膜特性,提出一种适应于变工况双向连通槽型。利用Solid Works建立流体膜模型,利用Fluent对流体膜进行数值模拟研究,通过改变转速和压力来研究双向连通槽的密封性能,并对槽型结构参数进行优化。结果表明:通过动压槽泵送,压力在动环槽顶部位置达到最大值。随着转速和压力的增加,设备的开启力和泄漏量呈递增的趋势,当转速超过3000r/min、压力超过0.5MPa时,密封端面之间泄漏量增大比较明显。通过与螺旋槽、树形槽密封性能对比,双向连通槽在设备低速、反转工况下泄漏量低于螺旋槽、树形槽,验证了可行性。经过结构参数优化分析可得:当槽深小于6μm、槽数为10-12之间、台宽比小于0.4时,双向连通槽型机械密封具有良好的密封性能。本文通过热流固耦合方法对密封环进行热力学性能分析,确立热力耦合计算方程及热传导边界条件,将流体域计算结果导入到动静密封环表面对其应力、应变、热变形进行求解,得到密封环的热力学性能变化规律。结果表明:在流体粘性剪切力作用下,密封环温度最大值位于密封坝处,温度最小值位于槽区,动环温度整体高于静环,转速对密封环温度影响较大。在热流固耦合力作用下,动环应力集中区位于内径与密封坝处,动环应力值整体大于静环应力值,应力值沿轴向呈逐级递减的趋势,转速是影响密封环应力应变改变的主要因素。机械密封运行过程中,密封端面是主要受力部位,动环受力与变形都大于静环,因此,在选择摩擦副材料时,应当选择耐磨性、导热性较好的合金材料作为动环,设备运转时密封环外径变形较大,可选择自润滑性较好的石墨材料作静环,减少密封端面摩擦。