活塞组合密封设计及其在水下压力传感器中的应用研究
本文关键词: 活塞式压力平衡 组合密封 接触应力 泄漏量 爬行现象 深海压力传感器 出处:《合肥工业大学》2016年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:在深海大压力环境下,压力传感器的压力测量易受到海水大压力的影响,活塞式压力平衡技术是解决这一难题的有效手段。活塞式压力平衡技术的关键问题是保证活塞在压力平衡过程中运动灵活性和密封可靠性。因此,本文研究并设计了活塞的组合密封装置,同时对活塞式压力装置中的爬行现象进行研究,并在此基础上对可以克服海水大压力影响的深海压力传感器进行结构设计。首先,通过对活塞式压力平衡技术平衡机理的分析,得出活塞密封结构设计是保证活塞运动灵活性和密封可靠性的关键。阐述活塞往复动密封的研究现状和组合密封装置的结构及其密封原理。其次,建立活塞组合密封装置的力学模型和有限元模型,通过计算组合密封的接触应力,分析组合密封装置中的滑环厚度、O形密封圈截面直径、O型圈的预压缩量及内外压差对组合密封性能的影响,总结活塞组合密封装置的基本设计原则。同时,由于在往复密封中不可能做到绝对的无泄漏,因此通过对活塞式压力平衡技术平衡机理的分析,运用逆解雷诺方程法推导出活塞在压力平衡过程中的泄漏量计算公式,并总结减小组合密封泄漏量的相关设计准则。再次,建立爬行运动的理论力学模型,并对活塞式压力平衡装置进行静动态特性分析,得出静动摩擦系数、活塞质量和O型圈预压缩量等对活塞爬行现象的影响。总结减少活塞压力平衡装置爬行现象的基本设计原则。最后,基于前文对活塞式压力平衡技术的研究,对活塞式压力平衡装置和深海压力传感器的结构进行设计。
[Abstract]:In the deep sea pressure environment, the pressure measurement of the pressure sensor is easily affected by the sea water pressure. Piston pressure balance technology is an effective means to solve this problem. The key problem of piston pressure balance technology is to ensure the movement flexibility and sealing reliability of piston in the process of pressure balance. In this paper, the combined sealing device of piston is studied and designed, and the crawling phenomenon in piston pressure device is studied. On this basis, the structure of deep-sea pressure sensor which can overcome the influence of sea water pressure is designed. By analyzing the balance mechanism of piston pressure balance technology, It is concluded that the design of piston seal structure is the key to ensure the mobility of piston and the reliability of seal. The research status of reciprocating piston seal and the structure of combined sealing device and its sealing principle are expounded. Secondly, The mechanical model and finite element model of the combined piston seal are established, and the contact stress of the combined seal is calculated. This paper analyzes the influence of the thickness of slider ring and the section diameter of O-ring on the performance of the combined seal, and summarizes the basic design principles of the piston combined seal, and analyzes the influence of the pressure-shrinkage amount and the pressure difference between the inside and outside of the O-ring on the performance of the combined seal. Because it is impossible to be absolutely leakless in reciprocating seal, the formula for calculating the leakage of piston in the process of pressure balance is derived by analyzing the balance mechanism of piston pressure balance technology and using the inverse Reynolds equation method. Thirdly, the theoretical mechanical model of crawling motion is established, and the static and dynamic characteristics of piston pressure balancing device are analyzed, and the static and dynamic friction coefficient is obtained. The effects of piston mass and O ring precompression on piston creep are summarized. The basic design principles for reducing sliding phenomenon of piston pressure balancing device are summarized. Finally, based on the previous research on piston pressure balance technology, The structure of piston pressure balancing device and deep sea pressure sensor is designed.
【学位授予单位】:合肥工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:P715.5;TP212.9
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,本文编号:1499861
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