上游泵送机械密封内部非定常流动及振动特性研究

发布时间：2017-05-25 05:10

  本文关键词：上游泵送机械密封内部非定常流动及振动特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：上游泵送机械密封作为一种利用动压效应实现非接触式密封的结构,近年来受到诸多研究者的关注和研究。对于微米级的密封间隙,内部流动的瞬态特性和密封件的振动特性都将对润滑膜的稳定性和密封润滑性能产生直接影响,是关系密封性能和寿命的重要问题,而这方面的研究目前还十分欠缺。本文在国家自然科学基金项目(51279067)和航空科学基金项目(201328R3001)的资助下,以上游泵送机械密封为研究对象,针对密封内部非稳态流动特性及其诱发密封环振动的机理进行研究,分析密封环变形规律和端面槽型改进成效,探索非接触式机械密封非稳态研究方法,主要研究工作及结论如下。在前人对上游泵送机械密封内部流场稳态研究的基础上,建立非稳态流动计算模型,采用数值分析方法对润滑膜内部流场进行非定常分析,研究了非定常流动特性对内流场压力、速度及密封性能的影响规律,得出动静干涉产生强烈的压力脉动是非定常流动现象的重要特征,也是影响液膜开启力变化和内流场出现不稳定现象的主要原因。在密封间隙内流场压力脉动特性分析的基础上,应用BVF诊断方法对内流场特性进行进一步分析,探索非接触式机械密封的密封性能及内部流动稳定性的评判方法,研究螺旋槽改进与密封性能的关系并进行试验验证,获得性能更优的槽型改进方案。结果表明:将速度场、压力脉动和边界涡量流三者一起作为综合分析评判密封性能稳定性的依据是可行性的;槽根倒圆能提升动压效应和液膜开启力,但存在最佳径长比Rr值。考虑润滑膜瞬态激励对密封环变形的影响,以密封内部流场非定常流动研究为基础,建立非稳态单向流固耦合模型,对密封环及润滑膜整体进行非稳态流固耦合计算,研究密封环变形规律及其对密封稳定性的影响关系,以及槽型改进对密封稳定性的影响。研究表明:两种模型的密封环最大等效应力、最大变形均发生在螺旋槽槽根处,且存在周向变形和轴向变形,但周向变形为主。在考虑水力因素和机械因素的情况下,对上游泵送机械密封进行模态分析,研究密封环的振动特性,比较分析槽型改进对振动特性的影响。研究可知:在所研究对象及工况下密封环不易发生共振;与普通槽型相比,模根倒圆后,动环周向变形和轴向变形更大,但静环受槽型的影响较小,固有频率变化不大。
【关键词】：振动 压力脉动 机械密封 BVF 流固耦合 模态分析
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH136
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 研究背景、目的及意义11
• 1.2 非接触式机械密封内部流动研究现状11-13
• 1.3 BVF诊断理论研究应用现状13-14
• 1.4 非接触式机械密封流固耦合研究现状14-15
• 1.5 模态分析在旋转机械中的应用研究现状15-17
• 1.6 论文的主要研究内容17-19
• 第二章 上游泵送机械密封内流场的非定常模拟分析19-27
• 2.1 物理模型19-20
• 2.2 数值计算20-23
• 2.2.1 计算区域及网格划分20-21
• 2.2.2 网格无关性检验21
• 2.2.3 流态判断及控制方程21-22
• 2.2.4 计算方法22-23
• 2.2.5 边界条件23
• 2.3 计算结果分析23-27
• 2.3.1 初始稳态流场压力分布23-24
• 2.3.2 非定常流场分析24-25
• 2.3.3 动静干涉处的压力脉动分析25-27
• 第三章 上游泵送机械密封内流场BVF分析及槽型改进27-41
• 3.1 BVF诊断方法简介27-28
• 3.2 端面槽型改进与计算模型28-30
• 3.2.1 典型密封几何结构特点28-29
• 3.2.2 控制方程及计算方法29
• 3.2.3 网格划分29-30
• 3.2.4 边界条件及监测点位置30
• 3.3 计算结果的BVF分析30-35
• 3.3.1 稳态液膜流场及开启力分析30-32
• 3.3.2 Rr存在最佳值的原因分析32-35
• 3.4 实验分析35-41
• 3.4.1 试样制备35-41
• 第四章 上游泵送机械密封非稳态流固耦合研究41-53
• 4.1 物理模型41-42
• 4.1.1 动静环模型41-42
• 4.2 数值计算42-44
• 4.2.1 计算区域及网格划分42-43
• 4.2.2 计算方法及边界条件43-44
• 4.3 结果分析44-53
• 4.3.1 动静环应力分布44-48
• 4.3.2 动静环力变形48-53
• 第五章 上游泵送机械密封振动特性分析53-65
• 5.1 模态分析理论53-54
• 5.2 模态分析54-56
• 5.2.1 几何建模54-55
• 5.2.2 网格划分55
• 5.2.3 载荷施加55
• 5.2.4 模态提取方法55-56
• 5.3 模态结果分析56-65
• 5.3.1 无预应力模态分析56-59
• 5.3.2 有预应力模态分析59-65
• 第六章 总结与展望65-68
• 6.1 研究工作总结65-66
• 6.2 研究工作展望66-68
• 参考文献68-74
• 攻读硕士学位期间取得的相关研究成果74-75
• 发表的论文74
• 发明专利74
• 参加的科研项目74-75
• 致谢75

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