柔性极靴磁脂密封的开发和性能研究

发布时间：2017-06-19 22:10

  本文关键词：柔性极靴磁脂密封的开发和性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：针对现有磁脂密封耐压能力有限、运行时极靴易与转轴发生刚性磕碰；而刷式密封摩擦生热较大、不能实现零泄漏等问题,综合磁脂密封与刷式密封的特点,提出了新型柔性极靴磁脂密封并申请了国家发明专利。柔性极靴磁脂密封同时具有磁脂密封和刷式密封耐压性能好,可以实现零泄漏,适应转轴偏心振动能力强的优点。本文首先分析了柔性极靴磁脂密封的工作原理,确定密封各部件的设计结构和材料性质,由此对其耐压能力,结构参数优化,传热特性,冷却方案和试验验证等方面展开系统而深入的研究。利用ANSYS软件建立柔性极靴磁脂密封的数值分析模型,对柔性极靴采用实体建模进行简化,得到了其磁场强度及分布规律,对比分析了柔性极靴磁脂密封和刚性极靴磁脂密封的耐压能力,结果表明柔性极靴的使用能够明显提升密封的耐压性能。采用正交试验的方法,综合分析了柔性极靴的相对磁导率、长度、厚度以及挡板和涂层的厚度等相关结构尺寸、材料属性等设计参数对密封耐压能力的影响规律,得到了多参数的综合优化结果。通过数值分析方法,研究了转轴偏心对密封耐压能力的影响规律,证明了柔性极靴磁脂密封在转轴偏心工况下有着更好的耐压能力和适应性。利用FLUENT软件建立柔性极靴磁脂密封的传热数值分析模型,分析了磁脂与转轴、柔性极靴与转轴理论上的摩擦热及其功耗,得到并研究了密封温度场分布和磁脂温升规律等传热特性。为了进一步控制和改善磁脂温度,分析了转轴转速,柔性丝直径、排列倾角和安装过盈量以及涂层性质等相关操作、结构和材料参数对密封传热特性的影响规律并进行了优化。通过数值分析方法,研究了冷却水对柔性极靴磁脂密封的冷却降温效果,结果表明增大冷却水流量和降低进水温度能在一定程度上提高冷却换热功率,进一步降低磁脂的温度。建立柔性极靴磁脂密封试验系统,完成密封装置的设计和加工制造,从密封的耐压能力和传热特性两方面进行试验研究,验证了柔性极靴磁脂密封在实际工况中良好的密封效果和性能。同时,以试验结果为依据,与数值分析的结论进行了对比,验证了数值分析的正确性。本文通过对柔性极靴磁脂密封的性能分析和试验研究,验证了柔性极靴磁脂密封的实用效果。柔性极靴磁脂密封的研制成功,为综合使用多种密封技术提供了全新的思路,为改进工作原理和设计密封结构积累了经验,对有效提高磁脂密封性能,拓展技术工程应用范围,作出了一定的贡献。
【关键词】：磁脂密封 柔性极靴 磁场分布 磁脂温升
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB42
【目录】：

• 学位论文数据集3-4
• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 符号说明15-18
• 第一章 绪论18-26
• 1.1 课题来源、研究目的及意义18
• 1.2 课题的相关研究进展18-23
• 1.2.1 磁脂密封18-21
• 1.2.2 刷式密封21-23
• 1.3 课题的主要研究内容23-26
• 1.3.1 课题的立论23-24
• 1.3.2 研究方案24-26
• 第二章 柔性极靴磁脂密封的开发26-32
• 2.1 柔性极靴磁脂密封的基本结构和组成26-29
• 2.1.1 永磁铁27
• 2.1.2 柔性极靴27
• 2.1.3 内外侧挡板27-28
• 2.1.4 轴套与涂层28
• 2.1.5 外壳28
• 2.1.6 压盖及视镜28-29
• 2.2 柔性极靴磁脂密封的工作原理29-30
• 2.3 柔性极靴磁脂密封的特点30
• 2.4 本章小结30-32
• 第三章 柔性极靴磁脂密封耐压能力的数值分析32-52
• 3.1 柔性极靴磁脂密封的理论耐压能力32-33
• 3.2 柔性极靴的数值分析33-38
• 3.2.1 柔性极靴模型33
• 3.2.2 模型建立和材料定义33-36
• 3.2.3 划分网格并设立边界条件36-37
• 3.2.4 模拟结果及分析37-38
• 3.3 柔性极靴磁脂密封的磁场分析及优化38-48
• 3.3.1 前处理38-39
• 3.3.2 模拟结果及分析39-41
• 3.3.3 柔性极靴磁脂密封磁场优化41-43
• 3.3.4 优化结果分析43-48
• 3.4 转轴偏心工况对密封耐压能力的影响48-50
• 3.5 本章小结50-52
• 第四章 柔性极靴磁脂密封传热特性的数值分析52-82
• 4.1 柔性极靴磁脂密封的传热机理52-53
• 4.2 磁脂与转轴的摩擦热Q_c计算53-54
• 4.3 磁脂粘度修正54-59
• 4.3.1 磁脂粘度性质55
• 4.3.2 剪切速率对磁脂粘度的影响55-56
• 4.3.3 工作温度对磁脂粘度的影响56-58
• 4.3.4 磁脂粘度计算公式58-59
• 4.4 柔性极靴与转轴的摩擦热Q_r计算59-60
• 4.5 传热数值分析模型及其方法60-63
• 4.6 模拟结果及分析63-75
• 4.6.1 操作参数对密封传热特性的影响64-66
• 4.6.2 结构参数对密封传热特性的影响66-74
• 4.6.3 涂层材料对密封传热特性的影响74-75
• 4.7 冷却水降温效果的数值分析75-80
• 4.7.1 密封温度场和速度场分布77-78
• 4.7.2 冷却水流量对冷却降温效果的影响78-79
• 4.7.3 冷却水温度对冷却降温效果的影响79-80
• 4.8 本章小结80-82
• 第五章 柔性极靴磁脂密封的试验研究82-94
• 5.1 柔性极靴磁脂密封试验系统82-83
• 5.1.1 运转系统82-83
• 5.1.2 控制系统83
• 5.1.3 数据采集系统83
• 5.1.4 辅助系统83
• 5.2 柔性极靴磁脂密封装置83-87
• 5.2.1 柔性极靴84
• 5.2.2 内外侧挡板84-85
• 5.2.3 轴套及涂层85
• 5.2.4 外壳、压盖及视镜85-87
• 5.3 柔性极靴磁脂密封的耐压试验87-89
• 5.3.1 静压试验结果87-89
• 5.3.2 动压试验结果89
• 5.4 柔性极靴磁脂密封的传热试验89-91
• 5.4.1 功耗试验结果89-90
• 5.4.2 温升试验结果90-91
• 5.5 柔性极靴磁脂密封装置的改进91-93
• 5.6 本章小结93-94
• 第六章 总结与展望94-96
• 6.1 总结94-95
• 6.2 展望95-96
• 参考文献96-100
• 致谢100-102
• 研究成果及发表的学术论文102-104
• 作者及导师简介104-105
• 专业学位硕士研究生学位论文答辩委员会决议书105-106

  本文关键词：柔性极靴磁脂密封的开发和性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：463919