干气密封摩擦振动瞬态分析及抑振研究

发布时间：2020-04-16 07:53

【摘要】：随着密封设备的更新换代,干气密封的普及率越来越高,在石化领域被广泛应用。干气密封实现了传统机械密封所不能的非接触运行,具有泄漏少、磨损小、运行成本低等优点,但在干气密封启停阶段,由于动环产生的气膜压力不足,密封环会不可避免的发生干摩擦,引起摩擦磨损、振动噪声甚至材料剥落等问题,严重缩短密封使用寿命。本文对工业生产中广泛应用的双端面干气密封结构建立三维模型,应用Hypermesh对其进行结构网格划分,基于Abaqus对密封环干摩擦进行瞬时动态分析,探讨槽、槽深、槽型、材料、摩擦系数等因素对摩擦振动量级等特性的影响。研究中发现,在模拟的实际密封腔压力下,动环带有槽的摩擦副振动幅度要明显小于无槽情况,这是由于接触压力分布差异性造成的;槽深对摩擦振动的影响不大;双碳化硅密封环配对优于石墨—碳化硅配对;当摩擦系数减小时,系统产生的摩擦振动会有明显的降低;相同工况下,T型槽动环的摩擦副较经典螺旋槽摩擦副表现出更好的摩擦性能。为实现抑振目的设计瓦状、竖条纹、菱形沟槽型仿生织构,在平板—滑块模型上对不同织构表面振动特性进行模拟计算,其中菱形织构振动情况最为稳定。针对菱形织构大小进行二次优化,发现菱形区域越大所表现的摩擦振动均方根值越小,有利于系统运行。再次对菱形角度进行优化,发现70°沟槽减振效果最佳,将其连续设置在静环不同位置进行计算,其中设置在静环内环(对应动环坝区)的摩擦副得到了良好的减振效果。本论文首次对干气密封启停阶段干摩擦运动进行了有限元瞬态分析,探讨了不同结构、参数影响下密封系统摩擦振动特性。所设计的穿山甲仿生织构达到抑振目的,仿真结果为今后试验及工程应用奠定了坚实基础。
【图文】：

摩擦振动,物理模型

Thomas.S 介绍了摩擦振动现象的存在以来，后续大行了深入的研究，为揭示摩擦振动原理做出了不可磨试验性学科，试验难度较大且可重复性无法保证，主较大的随机性和不确定性，，研究人员会受此干扰无法时发现光滑的摩擦表面有时会比粗糙表面更容易产划痕、磨粒也会对摩擦振动造成较大影响[1]。过去几产生摩擦振动的机理不下十余种，但是由于其复杂性解释其产生原因。到目前为止，能被学界广泛接受的机动机理、模态耦合机理、摩擦系数—相对滑动速度负及“热点”理论等。下面就这几种理论做简单介绍。—滑动运动机理动运动理论是最早被提出来的摩擦振动产生机理[2]。有某种弹性自由的时候，该表面的运动表现出不连续称之为粘着—滑动运动。图 1.1 为该机理单自由度运

关系曲线,相对速度,干摩擦,关系曲线

硕士学位论文系数—相对滑动速度负斜率机理—相对滑动速度负斜率机理一般可以认为是粘着—滑大量应用于非线性理论分析中。一般来讲，发生在相象都可用该机理进行解释。但是此机理不能解释例如对滑动系统往往易发生振动噪声现象。有时摩擦系数发生不稳定振动，该机理亦存在一定的局限性[8]。下—相对滑动速度负斜率理论引起的自激振动，在这里，为更容易理解忽略系统的阻尼作用：力与相对速度 v 的非线性关系曲线 φ(v)如图 1.2 所示
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH136

【参考文献】