金属波纹管机械密封的有限元分析及实验验证

发布时间：2017-04-28 17:06

  本文关键词：金属波纹管机械密封的有限元分析及实验验证，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：金属波纹管机械密封是高温工况下应用极其广泛的一种动密封结构,随着使用工况的不断变化,金属波纹管机械密封因其轴或轴套不受磨损、浮动性好、不易堆积杂物等诸多优点被大量应用。本文通过运用ANSYS12.0有限元商业分析软件,根据金属波纹管机械密封的使用工况、使用压力、使用轴径对模型进行模拟分析,最终得到在一定条件下,波纹管直径变化对机械密封端面受力、变形和波纹管应力的影响。通过ANSYS模拟计算得到了:(1)金属波纹管机械密封的波纹管直径改变(其他尺寸不变)对波纹管的受力影响不明显,最大误差小于10%。挤压成型金属波纹管在压缩和受压时,最大应力出现在波峰和波谷处。非对称金属波纹管的应用可以改善波谷和波峰的受力情况。(2)金属波纹管机械密封随着直径的增加,密封端面变形变大,接触间隙变宽,接触面减小,接触应力的最大值增大。(3)在过盈装配过程中,不对称的配合会产生转矩,使端面产生变形,机械密封直径越大,变形越大,在装配过程中增大配合面的比例,减小非配合部位的结构尺寸将会大大改善密封环端面的变形情况。(4)本文通过端面比压、载荷系数、反压系数、介质压力的关系绘制了介质压力、波纹管压缩量和端面比压的关系图,方便波纹管压缩量的选取和判定端面比压的大小。通过实验验证了:(1)在金属波纹管机械密封压缩和受外压的情况下,端面变形是真实存在的,且和有限元分析结果接近;这种变形使得密封端面外径接触,内径不接触,出现了接触间隙,在受外压的情况下(和试验中一样),高转速会引起大的动压效应。(2)机械密封通过跑和可以减轻端面变形造成的影响,减小端面动压效应,使机械密封运行趋于平稳。通过本文的有限元模拟和实验验证,得出金属波纹管机械密封直径变化对端面变形影响的规律,对工程实践有一定的指导意义。
【关键词】：机械密封 金属波纹管 有限元分析 接触 非线性
【学位授予单位】：北京石油化工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH136
【目录】：

• 学位论文数据集3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-15
• 第一章 文献综述1:绪论15-21
• 1.1 机械密封概述15-20
• 1.1.1 机械密封发展的历史与趋势15-17
• 1.1.2 机械密封的原理及结构17-18
• 1.1.3 金属波纹管机械密封的研究概况18-20
• 1.2 本文研究的目的和意义20
• 1.3 本文研究的主要内容20-21
• 第二章 文献综述2:挤压成型金属波纹管机械密封的主要参数及基础理论21-35
• 2.1 挤压成型金属波纹管的主要参数21-24
• 2.1.1 挤压成型金属波纹管的结构参数21
• 2.1.2 挤压成型金属波纹管的有效直径21-23
• 2.1.3 挤压成型金属波纹管的刚度23
• 2.1.4 机械密封用金属波纹管的材质23-24
• 2.2 机械密封的主要相关参数24-31
• 2.2.1 机械密封的几何参数24-25
• 2.2.2 机械密封的力学参数25-29
• 2.2.3 机械密封的性能参数29-31
• 2.3 金属波纹管机械密封补偿环的镶嵌31-35
• 2.3.1 镶嵌环的基本结构31-32
• 2.3.2 密封环镶嵌结构的过盈量32
• 2.3.3 密封环镶嵌的温度32-35
• 第三章 挤压成型金属波纹管机械密封的有限元分析35-61
• 3.1 有限元软件ANSYS在结构分析中的应用35-36
• 3.1.1 ANSYS几何非线性静力分析35
• 3.1.2 ANSYS接触分析35-36
• 3.2 挤压成型波纹管机械密封有限元模型建立36-40
• 3.2.1 组成材料的选择36
• 3.2.2 模型尺寸的选择与建模36-37
• 3.2.3 单元选择与网格划分37-38
• 3.2.4 接触对的建立38
• 3.2.5 分析路径的选择38-39
• 3.2.6 分析工况的选择39-40
• 3.3 有限元模型不同单元、网格划分计算结果对比40-41
• 3.4 不同直径的模型对端面变形影响程度的对比分析41-46
• 3.4.1 受外压条件下端面变形的对比41-43
• 3.4.2 预压缩条件下端面变形的对比43-44
• 3.4.3 预压缩和外压组合条件下端面变形的对比44-46
• 3.5 不同直径的模型对端面应力影响程度的对比分析46-52
• 3.5.1 受外压条件下端面应力的对比46-48
• 3.5.2 预压缩条件下端面应力的对比48-51
• 3.5.3 预压缩和外压组合条件下端面应力的对比51-52
• 3.6 不同直径的模型对波纹管应力影响程度的对比分析52-56
• 3.6.1 受外压条件下波纹管应力的对比52-54
• 3.6.2 预压缩条件下波纹管应力的对比54-55
• 3.6.3 预压缩和外压组合条件下波纹管应力的对比55-56
• 3.7 波纹管波峰、波谷半径变化对波纹管机械密封的影响分析56-60
• 3.7.1 预压缩条件下波峰、波谷半径变化对端面变形的影响56-57
• 3.7.2 预压缩条件下波峰、波谷半径变化对端面应力的影响57-58
• 3.7.3 预压缩条件下波峰、波谷半径变化对波纹管应力的影响58-60
• 3.8 本章小结60-61
• 第四章 密封环与环座过盈配合的有限元分析61-77
• 4.1 分析模型的建立61-64
• 4.1.1 分析模型尺寸的选择61
• 4.1.2 过盈量与加载温度的选择61-62
• 4.1.3 边界条件和加载条件的选择62
• 4.1.4 单元选择与材料参数设定62-63
• 4.1.5 网格划分与接触对的建立63-64
• 4.2 常温时过盈配合的有限元分析64-67
• 4.2.1 端面变形情况64-66
• 4.2.2 接触对应力情况66-67
• 4.3 工作温度时过盈配合的有限元分析67-70
• 4.3.1 端面变形情况67-69
• 4.3.2 接触对应力情况69-70
• 4.4 模型结构改进后的有限元分析70-76
• 4.4.1 改进模型的选择与建模70-71
• 4.4.2 常温时各模型过盈配合的有限元分析71-74
• 4.4.3 工作温度下各模型过盈配合的有限元分析74-76
• 4.5 本章小结76-77
• 第五章 金属波纹管机械密封性能参数有限元分析77-85
• 5.1 金属波纹管机械密封刚度的有限元模拟77-78
• 5.1.1 模型选择77
• 5.1.2 模型刚度有限元计算77-78
• 5.1.3 计算刚度对比78
• 5.2 金属波纹管机械密封载荷系数有限元分析78-80
• 5.2.1 加载与边界条件选择78
• 5.2.2 载荷系数的有限元计算与对比78-80
• 5.3 金属波纹管机械密封端面比压的有限元计算80-83
• 5.3.1 工况与边界条件选择80
• 5.3.2 端面比压的计算80-81
• 5.3.3 最佳压缩量的选择81-83
• 5.4 本章小结83-85
• 第六章 金属波纹管机械密封的实验研究85-95
• 6.1 实验装置简介85-87
• 6.1.1 实验装置结构图85-86
• 6.1.2 实验装置的功用86-87
• 6.2 金属波纹管机械密封刚度实验87
• 6.3 金属波纹管机械密封实验结果与分析87-93
• 6.3.1 机械密封静态实验87-88
• 6.3.2 机械密封动态实验88-93
• 6.4 本章小结93-95
• 第七章 总结与展望95-97
• 7.1 总结95-96
• 7.2 展望96-97
• 参考文献97-99
• 致谢99-101
• 作者与导师简介101

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 张坚;;机械密封的工作原理[J];农机使用与维修;2007年04期

2 朱汉华,刘正林,温诗铸,严新平;Mechanical Deformation of Ship Stern-Shaft Mechanical Face Seals[J];Tsinghua Science and Technology;2004年03期

  本文关键词：金属波纹管机械密封的有限元分析及实验验证，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：333198