外驱动式中间旋转环机械密封设计与研究

发布时间：2017-06-10 07:37

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【摘要】：随着工业的发展,机械密封得到广泛应用,然而泵、反应釜和压缩机等轴端机械密封在高速、高温和高压状态下的过热、泄漏超标、摩擦磨损加剧,以及低速状态下非接触式密封端面开启力不足等问题是目前面临的主要难题。针对上述问题,本文结合理论设计外驱动式中间旋转环密封,然后通过理论计算和试验对其进行研究,具体内容如下:(1)机械密封基本原理、结构介绍。重点分析了螺旋槽机械密封的基本结构及性能参数,并根据纳维—斯托克斯方程推导了求解端面流体膜刚度、泄漏量等性能参数的数学模型。(2)应用理论,对机械密封结构进行创新设计。首先进行问题分析,确定以密封面相对转速为待改善参数,然后根据矛盾矩阵表和解决方案模型,尝试找到解决问题的方法,提出间接改变主轴动环与静环相对转速的方法,即采用新的外驱动源驱动中间旋转环,摆脱主轴转速的限制。最后对带传动的中间旋转环机械密封进行了设计。(3)基于求解数学模型,并对计算结果进行分析。结果表明:外驱动式中间旋转环机械密封与普通非接触式机械密封相比具有较大的泄漏量和摩擦扭矩,但是其刚度和开启力优于普通非接触式机械密封。(4)中间旋转环机械密封实验研究。在密封泄漏量试验台架上,调整外压、中间旋转环转速和试验台主电机转速,进行了中间旋转环机械密封泄漏量试验。试验结果和计算结果对比分析表明:虽然试验泄漏量大于理论计算泄漏量,但是在允许的范围内,因此验证了外驱动式中间旋转环机械密封性能的可行性。本文将机械密封基本理论与理论相结合,所提出的中间旋转环机械密封,在泄漏量不超标的情况下,实现密封面相对转速的可调可控,使密封完全脱离对被密封主轴转速的依赖,可显著提升密封运行稳定性,具有较高的实用价值。
【关键词】：密封 机械密封 中间旋转环机械密封 密封性能参数 试验分析
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH136
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 课题研究的背景和意义10-11
• 1.2 机械密封发展历史和现代发展特点11-13
• 1.3 机械密封国内外研究现状13-16
• 1.3.1 机械密封热/温度研究现状13-15
• 1.3.2 机械密封试验研究现状15-16
• 1.4 论文课题来源及研究的主要内容16
• 1.5 本章小结16-17
• 2 机械密封基本理论17-29
• 2.1 机械密封的基本类型17-18
• 2.2 机械密封的基本结构18-19
• 2.3 非接触式机械密封工作原理19-26
• 2.3.1 机械密封流体动压效应19-20
• 2.3.2 螺旋槽密封工作原理20-21
• 2.3.3 平行圆盘端面流体控制方程21-22
• 2.3.4 螺旋槽平行端面间液膜特性22-26
• 2.4 机械密封主要参数26-28
• 2.4.1 螺旋槽机械密封几何参数26-27
• 2.4.2 机械密封性能参数27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 3 外驱动式机械密封设计29-37
• 3.1 TRIZ理论29
• 3.2 TRIZ理论外驱动式中间旋转环机械密封问题分析29-31
• 3.2.1 问题分析29-30
• 3.2.2 解决方法30-31
• 3.3 外驱动式中间旋转环机械密封设计31-36
• 3.3.1 设计方案31-34
• 3.3.2 相对转速计算34
• 3.3.3 中间旋转环功耗和转矩计算34-36
• 3.3.4 外驱动源电机选择36
• 3.4 本章小结36-37
• 4 螺旋槽中间旋转环机械密封性能分析37-60
• 4.1 中间旋转环密封参数的数值计算与分析37-45
• 4.1.1 计算参数37
• 4.1.2 密封间隙和旋转角速度对开启力的影响37-39
• 4.1.3 密封间隙和密封旋转角速度对泄漏量的影响39-42
• 4.1.4 密封间隙和密封旋转角速度对刚度的影响42-44
• 4.1.5 密封间隙和密封旋转角速度对摩擦扭矩的影响44-45
• 4.2 中间旋转环机械密封力分析及平衡间隙确定45-54
• 4.2.1 动环与中间旋转环力分析45-46
• 4.2.2 中间旋转环受力分析46-47
• 4.2.3 平衡间隙确定47-54
• 4.3 中间旋转环机械密封与普通机械密封对比分析54-58
• 4.3.1 泄漏量对比54-56
• 4.3.2 刚度对比56-57
• 4.3.3 开启力对比57-58
• 4.3.4 摩擦扭矩对比58
• 4.4 本章小结58-60
• 5 中间旋转环机械密封试验分析60-66
• 5.1 试验台的结构60-62
• 5.2 试件加工62
• 5.3 试验测量的参数62
• 5.3.1 试验设备的技术参数62
• 5.3.2 试验台测量的密封参数62
• 5.4 试验步骤62-63
• 5.5 试验结果研究与对比分析63-65
• 5.5.1 试验测得的泄漏量63-64
• 5.5.2 试验泄漏量与理论计算泄漏量对比64-65
• 5.6 本章小结65-66
• 6 总结与展望66-68
• 6.1 总结66-67
• 6.2 展望67-68
• 参考文献68-71
• 攻读硕士学位期间发表论文及科研成果71-72
• 致谢72-73

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本文编号：437694