机械—磁性液体组合密封的理论及实验研究

发布时间：2017-06-26 22:08

  本文关键词：机械—磁性液体组合密封的理论及实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在石油化工行业,反应釜内有毒有害、易燃易爆的挥发性气体或气液混合物要求零泄漏,以免发生生产事故。大量的反应釜普遍采用填料密封和机械密封,但两者都不能实现零泄漏,所以传统密封已经无法满足高可靠性、零泄漏的要求。为了解决该类反应釜、压缩机等现代工业设备要求耐高压、零泄漏应用工况下的密封问题,本论文创造性地提出了一种新型的机械—磁性液体组合密封结构,采用数值模拟和实验的方法研究了组合密封的耐压理论和密封性能。针对上述研究内容,本论文完成的研究工作如下：(1)结合工况要求为常压、零泄漏的该类反应釜上填料密封、机械密封产品不能正常使用的实际情况,首次设计了满足此工况要求的磁性液体密封装置,成功安装并应用在该类反应釜上已有1年的时间,效果很好并且继续使用中,为满足更高工况的组合密封结构设计提供了参考依据。(2)根据机械密封和磁性液体密封各自的工作原理及密封形式,在建立组合密封模型的基础上,设计了组合密封的结构并加工成实物。(3)推导了组合密封装置中机械密封部分和磁性液体密封部分的理论耐压公式,并结合各自结构参数分别计算了其理论耐压值。(4)根据电磁场的相关理论,运用ANSYS对组合密封装置中磁性液体密封部分的结构进行了有限元分析,通过磁场分布模拟结果和数值计算验证了设计的合理性。(5)设计了组合密封实验台及整套实验设备的组成,分别进行了静密封和动密封液体耐压能力实验。结果表明,组合密封装置的密封性能显著优于两种密封形式单独作用的效果,在一定的转速范围内,能够实现耐较高压力下不发生泄漏且持续很长时间。
【关键词】：机械密封 磁性液体密封 组合密封 理论研究 实验研究
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH136
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 绪论12-24
• 1.1 课题研究背景与意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-19
• 1.2.1 机械密封的发展进程13-15
• 1.2.2 磁性液体密封的发展简史15-19
• 1.3 机械—磁性液体组合密封的研究概况19-22
• 1.3.1 机械密封的分类与应用19-20
• 1.3.2 单一密封应用场合的局限性20-21
• 1.3.3 组合密封的提出和研究现状21-22
• 1.4 课题研究内容与目标22-24
• 2 磁性液体密封在反应釜上的应用24-34
• 2.1 磁性液体密封工作原理与耐压理论24-28
• 2.1.1 磁性液体密封工作原理24-26
• 2.1.2 磁性液体密封耐压理论26-28
• 2.1.3 磁性液体密封失效的耐压传递过程28
• 2.2 反应釜基本概况和对密封的工况要求28-30
• 2.2.1 反应釜基本概况29-30
• 2.2.2 反应釜对密封的工况要求30
• 2.3 磁性液体密封在反应釜上的应用30-33
• 2.4 本章小结33-34
• 3 机械—磁性液体组合密封的结构设计34-42
• 3.1 机械密封工作原理34-36
• 3.2 机械—磁性液体组合密封模型的建立36-37
• 3.3 机械—磁性液体组合密封的方案设计37-40
• 3.3.1 串联式的组合密封设计方案37
• 3.3.2 端面密封式的组合密封设计方案37-39
• 3.3.3 嵌套式的机械—磁性液体组合密封的最终方案39-40
• 3.4 本章小结40-42
• 4 机械—磁性液体组合密封的参数确定42-60
• 4.1 机械密封的参数确定42-49
• 4.1.1 摩擦系数与密封准数42-44
• 4.1.2 密封端面的液膜压力44-47
• 4.1.3 端面比压的计算47-48
• 4.1.4 机械密封的材料选择48-49
• 4.2 磁性液体密封的参数确定49-55
• 4.2.1 磁性液体的选择49-50
• 4.2.2 永磁铁的选择50-51
• 4.2.3 极靴的设计51-54
• 4.2.4 定位套筒与端盖的设计54-55
• 4.3 组合密封轴承的设计55-56
• 4.4 组合密封主要零件的设计56-58
• 4.5 本章小结58-60
• 5 机械—磁性液体组合密封的数值计算60-74
• 5.1 电磁场的边界条件60-61
• 5.2 磁性液体密封的边界问题求解61-65
• 5.3 组合密封中磁性液体密封的磁场有限元分析65-69
• 5.4 磁场模拟计算结果及分析69-72
• 5.4.1 磁力线的分布69-70
• 5.4.2 磁通密度矢量分析70-71
• 5.4.3 节点磁通密度云图71-72
• 5.5 密封间隙中的磁场强度及理论耐压72-73
• 5.6 本章小结73-74
• 6 机械—磁性液体组合密封的实验研究74-86
• 6.1 实验台的设计74-77
• 6.2 电机及联轴器的选择77-78
• 6.3 组合密封实验设备组成78-79
• 6.4 实验过程及方法79-81
• 6.5 结果分析与讨论81-84
• 6.5.1 组合密封静密封液体泄漏通道检测81-82
• 6.5.2 组合密封中机械密封性能随转速及时间的关系82-83
• 6.5.3 转速对组合密封动密封液体耐压能力的影响83-84
• 6.6 本章小结84-86
• 7 结论86-88
• 参考文献88-92
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果92-96
• 学位论文数据集96

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