乳液双端面机械密封热力特性及端面改型研究

发布时间：2017-04-17 03:14

  本文关键词：乳液双端面机械密封热力特性及端面改型研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：乳液设备因输送介质具有温度较高、高粘度、易燃、易爆、易挥发和含微小颗粒等特点而大部分采用双端面机械密封,但在实际应用中,仍经常由于密封运行条件、环境及辅助系统匹配等方面的因素导致密封早期失效。为此,本文在国家自然科学基金项目(NO.51279067)和航空科学基金项目(NO.201328R3001)的资助下,针对乳液设备双端面机械密封容易出现端面磨损导致密封失效的实际问题,在进行失效机理分析的基础上,以乳液AR201型动态混合器用双端面机械密封为研究对象,研究辅助冲洗系统参数对密封热特性及热力变形特性的影响规律,并进行密封端面改型和流固热力耦合研究,以期为密封的设计和应用提供理论参考依据。论文的主要研究工作及结论如下:(1)基于机械密封失效有关理论和分析方法,分析乳液设备双端面机械密封失效案例,寻求密封失效的主要原因。分析表明:液膜高温汽化和复杂工况下不良的端面热力特性是导致密封端面干摩擦和磨损失效的主要因素。(2)以乳液AR201型动态混合器用双端面机械密封为研究对象,建立热特性和热力变形计算模型,模拟分析了辅助冲洗系统参数对密封件温度分布、热力变形的影响规律,提出了改进密封性能的冲洗液参数控制方案。(3)根据乳液双端面机械密封主密封的运行环境和端面冲洗液流体替代润滑的要求,对主密封端面进行螺旋槽改型,改造成非接触式;对改型后的主密封进行热力特性模拟分析,同时进行改型前后的密封性能对比。研究表明:改型后主密封性能显著提升,端面温升和摩擦扭矩明显减小,对冲洗系统参数的要求明显降低,节能效果显著。(4)基于ANSYS workbench平台,建立液膜和密封环双向流固热力耦合模型,对改型后的主密封端面温度分布及最大变形量随冲洗液参数的变化规律进行研究。研究表明:热力变形量随冲洗液压力和冲洗液温度的升高而增大,且冲洗液压力对变形的影响比温度更为显著;与普通热力特性模拟结果相比,考虑双向流固耦合后液膜平均厚度和泄漏量分别减少3.7%和10.2%,端面最高温度和摩擦扭矩分别增大11.4%和16.7%。
【关键词】：双端面机械密封 乳液设备 端面改型 传热特性 热力变形
【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】：TQ050
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 研究背景和意义11-13
• 1.2 双端面机械密封在乳液设备中应用的基本情况13-14
• 1.3 机械密封传热特性研究进展14-16
• 1.3.1 国外研究进展14-15
• 1.3.2 国内研究进展15-16
• 1.4 机械密封热力变形研究进展16-18
• 1.4.1 国外研究进展16-17
• 1.4.2 国内研究进展17-18
• 1.5 本文主要研究内容18-19
• 第二章 乳液设备机械密封失效分析19-26
• 2.1 乳液设备机械密封故障统计19
• 2.2 乳液设备机械密封失效表现形式19-23
• 2.2.1 机械损坏20-21
• 2.2.2 腐蚀损坏21-22
• 2.2.3 热损坏22-23
• 2.3 乳液设备机械密封系统控制方法23-25
• 2.3.1 流体替代23
• 2.3.2 杂质清除23
• 2.3.3 压力控制23-24
• 2.3.4 温度控制24
• 2.3.5 密封端面改型24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 冲洗液参数对乳液双端面机械密封传热及热力变形的影响研究26-45
• 3.1 理论模型26-33
• 3.1.1 物理模型及参数26-29
• 3.1.2 冲洗方案选择29-30
• 3.1.3 数学模型30-32
• 3.1.4 对流换热系数的计算32-33
• 3.2 网格划分及无关性检验33-35
• 3.3 结果分析35-44
• 3.3.1 冲洗液参数对主密封环温度分布的影响35-39
• 3.3.2 冲洗液参数对主密封环热力变形的影响39-42
• 3.3.3 冲洗液参数对副密封环温度分布的影响42-43
• 3.3.4 冲洗液参数对副密封环热力变形的影响43-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第四章 乳液设备双端面主密封端面改型及热力特性研究45-61
• 4.1 几何模型46-47
• 4.2 理论模型47-49
• 4.3 动网格的应用49-50
• 4.4 边界条件及网格划分50-51
• 4.5 网格无关性验证51-52
• 4.6 非接触式主密封性能分析52-56
• 4.6.1 液膜厚度分析52
• 4.6.2 液膜压力分析52-54
• 4.6.3 液膜速度场分析54-55
• 4.6.4 液膜温度场分析55-56
• 4.6.5 冲洗液泄漏量分析56
• 4.7 改型前后密封性能对比分析56-60
• 4.7.1 密封环温度对比分析56-59
• 4.7.2 摩擦扭矩及功耗对比59-60
• 4.8 本章小结60-61
• 第五章 端面改型乳液机械密封流固热-力耦合研究61-73
• 5.1 双向流固耦合控制方程61-63
• 5.1.1 双向流固耦合固体域方程61-62
• 5.1.2 双向流固耦合流体域方程62-63
• 5.2 双向流固耦合的设置63-66
• 5.2.1 双向流固热力耦合的计算流程63-65
• 5.2.2 双向流固热力耦合运算设置65-66
• 5.3 网格及边界条件加载66-68
• 5.3.1 网格划分66-67
• 5.3.2 网格无关性验证67-68
• 5.4 计算结果及分析68-72
• 5.4.1 单双向流固热力耦合对比68-69
• 5.4.2 冲洗液温度对热力变形的影响69-70
• 5.4.3 冲洗液压力对热力变形的影响70-72
• 5.5 本章小结72-73
• 第六章 总结与展望73-75
• 6.1 研究工作总结73-74
• 6.2 进一步研究展望74-75
• 参考文献75-79
• 攻读硕士学位期间取得的相关研究成果79-80
• 致谢80

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本文编号：312296