高速高压气膜密封变形与控制研究
本文选题:高速高压 + 气膜密封 ; 参考:《中国石油大学(华东)》2014年硕士论文
【摘要】:在石油化工行业中,存在着大量的工作于高温、高压、高速工况下的设备,在这类设备上,密封部件工作于较为恶劣的工况下,容易发生失效,而且介质易燃、易爆,一旦密封失效,介质泄漏,极易引起严重的安全事故。导致机械密封失效的因素有很多,在高PV值工况下,密封环产生变形就是其中的重要原因。因此,有必要对高速高压工况下的气膜密封变形进行研究。本文以气膜密封在高速高压工况下正常运转时端面间隙流体膜为研究对象,采用无限窄槽理论解析法求解得到槽区、坝区的端面气膜压力分布函数;然后分别以动静环为研究对象,借助于ANSYS12.1软件,采用APDL编程,分别对动静环的力变形、温度场、热变形及力-热耦合变形进行了求解,并从密封环材料、介质压力及主轴转速三个方面分析了密封环温度场及端面轴向变形的影响因素。在此基础上,结合变形的实际情况、密封结构与密封环所受到的载荷及位移约束,分析得出,对于动环,力-热耦合优化设计方法成功地将动环的力变形与热变形相互抵消,使得耦合变形值及径向锥度值均有所减小;通过改变密封环所受到约束的控制变形方法,使得动环端面变形后更加平滑,静环径向锥度显著减小。两种方法分别达到了控制动静环端面变形的目的,证明了变形控制方法的可行性。
[Abstract]:In the petrochemical industry, there are a large number of equipments working in high temperature, high pressure and high speed working conditions. In this kind of equipment, the sealing parts work in bad working conditions, which are prone to failure, and the medium is flammable and explosive. Once the seal fails and the medium leaks, it is easy to cause serious safety accidents. There are many factors that cause mechanical seal failure, and the deformation of seal ring is one of the important reasons under high PV value. Therefore, it is necessary to study the deformation of gas film seal under high speed and high pressure. In this paper, an infinite narrow groove theoretical analysis method is used to solve the pressure distribution function of the end surface gas film in the groove area and dam area, taking the gas film membrane of the gas film seal in the normal operation under the high speed and high pressure condition as the research object. Then, with the aid of ANSYS12.1 software and APDL program, the force deformation, temperature field, thermal deformation and coupling deformation of the static and static rings are solved, and the sealing ring materials are used. The influence factors of temperature field and axial deformation of the seal ring are analyzed from three aspects of medium pressure and spindle speed. On this basis, combined with the actual situation of deformation, the load and displacement constraints on the sealing structure and the seal ring are analyzed, and it is concluded that, for the moving ring, the force deformation and the thermal deformation of the moving ring are successfully counteracted by the coupled force and heat design method. The coupling deformation value and the radial taper value are reduced, and the radial taper of the static ring is significantly reduced by changing the control deformation method of the sealing ring which is constrained by the control deformation method, which makes the end surface of the moving ring more smooth and the radial taper of the static ring decrease significantly. The two methods have achieved the purpose of controlling the deformation of the end surface of the static and static ring, respectively, and proved the feasibility of the deformation control method.
【学位授予单位】:中国石油大学(华东)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TB42
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,本文编号:2080134
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