自紧式金属U形密封环的泄漏和振动特性分析

发布时间：2020-11-12 01:11

　　 自紧式金属U形密封环以其密封压力高、结构简单、减振效果好的优点,广泛应用于航天等领域,但已有研究较少。针对密封效果好、抗振能力强的自紧式金属U形密封环的结构完整性、泄漏特性和振动性能展开了系统的研究。针对结构改进的自紧式金属U形密封环,建立了力学性能数值分析模型。分析了预紧和操作工况下密封环的内部应力和接触压力分布和特点。与其他典型自紧金属密封环对比。并分析了操作参数和结构参数对力学性能的影响,得到了不同参数条件下具有较优力学性能的U形密封环结构。建立适用于自紧式金属U形密封环的泄漏分析模型,得到影响密封泄漏率的因素。从泄漏性能的角度分析了结构和操作参数的影响,得到各个参数对泄漏率的影响。基于泄漏分析模型建立了密封环的设计方法,并与PVRC法进行了对比,算例验证了设计方法的准确有效。建立自紧式金属U形密封环的模态和动力响应分析模型,分析密封环的振动特性及操作参数和密封环结构参数对其振动性能的影响。在承受相同载荷情况下,密封环变形幅值远大于法兰变形幅值,响应也快于法兰,保证振动工况下密封可靠;增加内部支撑可以有效地提高结构的抗振效果。建立自紧式金属U形密封环和其他几种典型自紧金属密封环的试验测试装置。试验验证了不同自紧金属密封环的力学性能、泄漏性能和振动特性。同样条件下自紧式金属U形密封环的泄漏率较低,具有较好的可压缩量、预紧力、自紧效果、较小的刚度及较大的压缩回弹量。验证了压力对泄漏率的影响及金属U形密封环受变载荷后变形振幅稳定更快,具有较好的耐振性能。通过论文研究所得到的改进的U形金属密封的力学性能、泄漏特性和耐振性能的研究结果,可以指导高压、低温、振动等特殊工况下静密封结构的设计、操作,也可为其他新型自紧式的金属静密封的推广和使用提供一定的研究基础。
【学位单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH136
【部分图文】：

?时密封性能稳定的密封结构和一种易于安装、承压能力强、密封性能稳定的静密封结??构，如图１－３?（ｂ）中所示。张栋Ｉ２２，２３］等人开发出２种具有梯形截面的静密封结构，实??现金属壳体与视窗之间的密封，在压力高于１５０?ＭＰａ、温度高于１００°Ｃ下具有良好的??密封效果，该密封结构如图１－３?（ｃ）所示。Ｐａｒｋｅｒ公司［２４】作为密封行业先锋军开发出??多种密封结构，其中ＢＳ型密封结构如图１－３?（ｄ）所示，有两道密封唇对冲击载荷不??敏感；ＡＦ型密封结构如图１－３?（ｅ）所示，该密封利用密封沟槽与金属的过盈配合，??将防尘圈固定在开式沟槽内，唇口可随活塞杆的移动而移动。图１－３?（ｆ）所示是一种??可以浮动，具有防挤出功能的改型鞍形橡胶圈密封，可以克服局部橡胶圈变形大及撕??裂的问题［２５］；图１－３?（ｇ）所示是一种弹簧蓄能金属密封圈，适用于高温、低温及高压??环境??ｐｉ?〇?〇?ｑ?［??（ａ）改型Ｙ型密封圈?（ｂ）非接触式静密封环?（ｃ）剪切密封性能稳定密封环??Ｗ?＾??⑷ＢＳ型密封圈?（ｅ）?ＡＦ型密封圈（ｆ）Ｈｔ属嵌入（ｇ）弹Ｈ能金融??密到＂圈?封圈??图１－３新开发的密封结构形式示意图??Ｆｉｇ．?１－３?Ａ?ｎｅｗｌｙ?ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｆｏｒｍ?ｏｆ?ａ?ｓｅａｌｅｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??１．３．１．３密封环的密封性能??密封环的密封能力的主要由密封结构的接触压力、回弹量来表征。田阔、谌彪［２７’??２８１等采用热弹性力学及热应力分析理论

建立二维平面轴对称简化模型。本模型包括简化的上法兰、金属密封环、简化的??下法兰，其中装配关系是金属密封环的上凸台最高点和上法兰的下边界面接触，下凸??台最低点和下法兰的上边界面接触。其轴向截面如图２－２所示：??＾一法兰??金属??密封环??图２－２结构简化模型图??Ｆｉｇ．?２－２?Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ?ｍｏｄｅｌ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??为简化模型并提高计算效率，在不影响计算精度的前提下，本文对密封件的预紧??及工作状态做如下假设：??１）

２．１．３自紧式金属Ｕ形密封环材料参数??通过查阅文献总结得出，普通不锈钢由于在低温工况下的性能较差而很少被用在??低温高压工况下。而近年来ＧＨ４１６９％］在航空领域广泛应用，经研宄发现该材料在低??温高压工况下具有优良的弹塑性性能。是一种在－２５３？７００°Ｃ内具有良好的抗疲劳、抗??辐射、抗氧化、耐腐蚀性的镍基高温合金，近似牌号为ＩｎＣｅ〇ｎｅｌ７１８，可加工性能良好??［６２】。ＧＨ４１６９［１６’６９］材料的具体参数如表２－２所列，文中法兰的材料为Ｓ３１６０８，由于本??文主要分析预紧和操作两种工况，且两种工况所处的温度不同，对应的弹塑性曲线也??不一样，所以，在设置材料属性时需要设置基于这两个温度下的弹塑性曲线，曲线如??图２－４所示。??表２－２?ＧＨ４１６９材料参数??Ｔａｂｌｅ?２－２?Ｍａｔｅｒｉａｌ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｏｆ?ＧＨ４１６９??＾＾参数种类／单位?数值?数值??温度／°Ｃ?＾１８３?２０￣??密度，ｐ／ｇ．ｃｒｒｆ３?８．２４?８．２４??／ＭＰａ?２１３０００?２０３０００??
【参考文献】

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本文编号：2880019