机械密封副密封动态特性研究

发布时间：2017-04-16 08:01

  本文关键词：机械密封副密封动态特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：非接触式机械密封广泛应用于各种流体机械中,是保障主机安全性、工作性能和可靠性的重要基础件。安装于机械密封补偿环上的副密封,对机械密封性能有着至关重要的影响,尤其是副密封的动态性能对密封端面的追随性起着决定性作用。因此,研究副密封的动态特性对提高机械密封性能和工作可靠性具有重要的理论意义和实用价值。本文针对弹簧蓄能密封圈形式的副密封,通过仿真和实验相结合的方式,研究副密封的动态特性。研制了副密封动态特性测试实验台。可以测量不同介质压力下副密封的极限位移和最大静摩擦力;同时能够测量在不同的往复运动幅值、频率下,副密封微动时的刚度和阻尼系数。在三维螺旋蓄能弹簧的力学特性数值实验基础上,建立了二维轴对称结构的变截面弹簧等效模型,进而建立了含弹簧蓄能密封圈的密封系统轴对称有限元模型。仿真计算了密封接触特性和结构强度,通过对比部分仿真结果和已有实验数据,验证了模型的正确性。建立了微位移下副密封的极限位移和最大静摩擦力理论模型,定量研究了副密封从预滑动到滑动过程的微动摩擦特性,实现了不同介质压力下的极限位移和最大静摩擦力的预测。同时通过实验实测了副密封的极限位移和最大静摩擦力,与仿真结果比对,验证了理论研究的正确性。将该模型应用到机械密封的开启和闭合阶段,研究了摩擦力和轴向位移的关系曲线。实验研究了副密封刚度和阻尼在不同介质压力、不同频率下的变化规律,为机械密封中副密封的动力学模型提供了参考数据。基于以上结果,探讨了副密封的材料、几何结构以及装配参数对极限位移和最大静摩擦以及密封特性的影响规律。
【关键词】：机械密封 副密封 弹簧蓄能密封圈 极限位移和最大静摩擦力 刚度和阻尼
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH136
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-21
• 1.1 课题背景9
• 1.2 副密封运动方式的研究9-15
• 1.2.1 稳定运行时，副密封的运动方式10-13
• 1.2.2 非稳定运行时，副密封的运动方式13-15
• 1.3 副密封动态特性的研究现状15-19
• 1.3.1 极限位移及最大静摩擦力的研究现状15-16
• 1.3.2 刚度和阻尼的研究现状16-19
• 1.4 副密封动态特性的研究意义和内容19-21
• 第2章 副密封动态特性测试实验台的设计21-31
• 2.1 密封腔体的设计21-22
• 2.2 准静态驱动系统22-24
• 2.3 动态驱动系统24-28
• 2.3.1 变频率变行程微幅往复运动的实现24-25
• 2.3.2 任意行程机构惯性力部分平衡的实现25-28
• 2.4 测量系统的设计28-31
• 2.4.1 静摩擦特性研究实验台测量系统28-29
• 2.4.2 刚度和阻尼特性研究实验台测量系统29-31
• 第3章 副密封系统轴对称仿真模型的研究31-46
• 3.1 副密封系统有限元模型31-38
• 3.1.1 副密封系统的组成31-32
• 3.1.2 等效力学性能的二维轴对称弹簧模型32-36
• 3.1.3 副密封系统的有限元仿真模型36-38
• 3.2 副密封系统密封特性的有限元仿真算法设计38-40
• 3.3 模型验证及仿真结果分析40-43
• 3.3.1 模型验证40
• 3.3.2 接触特性分析40-42
• 3.3.3 强度分析42-43
• 3.4 补偿环发生角向偏移时，密封特性研究43-44
• 3.5 小结44-46
• 第4章 副密封静摩擦特性研究46-63
• 4.1 极限位移和最大静摩擦力模型46-56
• 4.1.1 库伦摩擦模型46-47
• 4.1.2 副密封系统极限位移和最大静摩擦力模型47-52
• 4.1.3 算例分析52-56
• 4.2 极限位移和最大静摩擦力实验研究的方法56-57
• 4.3 极限位移和最大静摩擦力的实验研究57-60
• 4.3.1 FS - DL曲线实验与仿真数据对比57-59
• 4.3.2“突跳”的实验现象59-60
• 4.4 模型在机械密封中的应用60-62
• 4.5 小结62-63
• 第5章 副密封刚度和阻尼的研究63-72
• 5.1 副密封刚度和阻尼实验研究的方法63-64
• 5.2 副密封刚度和阻尼测量原理64-70
• 5.2.1 副密封系统的振动模型64-65
• 5.2.2 采集数据的处理65-68
• 5.2.3 副密封刚度和阻尼的数据提取68-70
• 5.3 介质压力和往复运动频率对刚度和阻尼的影响70-71
• 5.4 小结71-72
• 第6章 副密封的设计方法探讨72-80
• 6.1 材料特性72-74
• 6.1.1 结点摩擦系数对密封特性的影响72-73
• 6.1.2 结点摩擦系数对极限位移和最大静摩擦力的影响73-74
• 6.2 几何结构74-76
• 6.2.1 密封圈底侧对密封特性的影响74-76
• 6.2.2 密封圈底侧对极限位移和最大静摩擦力的影响76
• 6.3 装配参数76-79
• 6.3.1 压缩率对密封特性的影响76-78
• 6.3.2 压缩率对极限位移和最大静摩擦力的影响78-79
• 6.4 小结79-80
• 第7章 结论与展望80-82
• 7.1 结论80-81
• 7.2 展望81-82
• 参考文献82-85
• 致谢85-87
• 个人简历、在学期间发表的学术论文和研究成果87

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本文编号：310345