深海机械密封端面变形及辅助密封圈性能研究

发布时间：2020-07-19 10:08

【摘要】：深海推进器等水下作业设备具有多方面性能指标,而旋转轴密封对系统稳定性及安全性具有至关重要的作用。机械密封作为常用旋转密封的一种形式,具有密封性能稳定、寿命长等特点,随设备工作水深及航速的改变,机械密封环温度场及端面变形受水压、低温等多种因素影响,存在复杂的热-力耦合作用。此外,辅助密封圈内部应力及变形情况随工况改变而改变,密封性能受初始条件因素影响较大。本文以深海推进器等水下作业设备用机械密封为研究对象,对机械密封环温度场、端面变形规律及辅助密封圈密封性能、微动特性等进行研究,探索海洋环境下机械密封端面变形控制方法,提高密封稳定性。主要研究内容如下:(1)建立机械密封环有限元模型,对机械密封环受力状态分析;研究其端面受力变形规律及力变形后端面实际接触状态。(2)对机械密封环温度场研究,针对深海推进器等水下作业设备工作特点,研究机械密封环在不同水深、不同航速下的温度场及端面温升规律;通过整体法与分离法两种分析方法研究其端面热变形及变形后端面实际接触状态。(3)采用间接耦合分析方法对稳态工况下机械密封环端面热-力耦合变形研究,将分析结果与力变形、热变形结果比较,总结端面变形规律;采用直接耦合分析方法对瞬态工况下机械密封环温度场分布规律研究。(4)基于机械密封环温度场及端面变形的研究,提出几种结构优化方案,旨在降低端面温度,减小端面热变形及边缘应力集中。(5)对辅助密封圈进行非线性有限元分析,研究初始压缩率、材料硬度以及介质压力对密封圈密封性能的影响,并对补偿环与轴处密封圈的微动特性进行研究,研究微动对密封圈的影响。
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U664;P742;TH136
【图文】：

亟待人类探索[1]。这些资源具有重要的经济和战略价值，但多潜水器在下潜能力上无法达到要求，因此海洋环境的探索以及海洋水下装备是解决以上难题的关键[2]。深海环境探索事业的发展要保证在深海环境中正常工作和操作人员的安全，而无论是保证设备正常工全，其关键技术之一在于“密封”。密封装置运行是否可靠关系到整，由密封失效造成的实际损失不可估量，并可能远超过零件本身和人密封意外失效或者泄漏量过大导致一个机器停机时，会影响到整个设行，尤其是像深海推进器等水下作业设备，当密封失效，设备必须立岸检查，密封失效还可能造成严重的安全问题[3-5]。总体上说，密封与密封相关的生产设备造成巨大影响，因此密封可靠性也是人类实的关键因素之一。械密封作为旋转机械中常用的一种密封形式，具有工作可靠、泄漏量使用范围广等优点，其主要依靠弹性元件对动、静环端面密封副的预与弹性元件压力的压紧而实现密封[6]。机械密封的基本结构和组成

摩擦和密封性能的关键部位，同时其接触端面的命。静环与壳体的辅助密封。动环与旋转轴处的辅助密封。此处可近似看为静密封的范畴，对机械密封性能和动环的追随性有直壳体与壳体的辅助密封。等水下作业设备（如图 1-2 所示），具有多方面的机械密封对这些性能指标以及对设备的安全、可境具有压力高、温度低等特点，深度每增加100米受较高的介质压力，因此深海设备多采用压力补程度减小密封难度。但由于压力补偿装置存在误动且水下设备航速改变意味着轴转速在不断变化寿命存在极大考验。因此对深海环境下机械密封研

深海机械密封端面变形及辅助密封圈性能研究2 222 22 1e BA D DKA D D 课题所选用机械密封为内流式机械密封，故上述计算公式皆以提，其外流式机械密封相关计算公式不再赘述。为清楚表达上，现绘制机械密封环与轴配合简图，如图 2-1 所示：

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本文编号：2762274