高参数机械密封性能试验装置的设计研究

发布时间：2017-10-10 18:19

  本文关键词：高参数机械密封性能试验装置的设计研究

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【摘要】：机械密封性能试验装置主要用于机械密封以及其他种类的旋转式动密封试验，可进行性能试验、密封产品考核试验和模拟现场工况的密封性能试验。本文针对国内机械密封行业在高参数大轴径（120mm)试验装置的开发方面基本处于空白这一现象，利用虚拟样机技术研发一套具有高速、高压、大轴径、大扭矩以及大功率的多工况密封性能试验装置。 本文利用3D设计软件Creo Parametric进行试验装置虚拟设计，详细的介绍了各个部件的设计与选型，对零部件整体装配，获得了符合试验要求的设计结果；利用ANSYSWorkbenchl4.0对密封装置的传动主轴进行结构分析与动力学仿真，模拟工况下主轴的变形并进行了模态分析，分析主轴的固有频率，确定试验主轴转速范围，避开极限转速，以免产生共振。 结合现有的通用机械密封进行大轴径高参数机械密封的设计，对所设计的密封件进行密封端面参数性能研宄，并利用ANSYS进行了高参数机械密封的结构变形、热变形以及热一力耦合变形分析。得到了动环（硬环）在试验时，因其导热系数大，热变形占主导地位；静环（软环）在试验时，力变形占主导地位，并根据分析结果，提出相应的改进措施。 与此同时，，根据机械密封的端面温度场和变形情况进行试验系统的设计，确定端面温度传感器的测试范围及安装位置；而且针对密封试验性能测试研发了一种新型无线压力传感器，专门用于测试机械密封端面摩擦扭矩，避免了轴承摩擦扭矩的影响，直接对端面摩擦扭矩进行测量。
【关键词】：机械密封 性能试验装置 虚拟设计 有限元分析 耦合分析
【学位授予单位】：南京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH136;TH122
【目录】：

• 致谢3-4
• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 本课题的研究背景与意义9-10
• 1.1.1 研究背景9-10
• 1.1.2 研究意义10
• 1.2 机械密封试验装置发展现状10-12
• 1.2.1 国外机械密封试验装置的研究现状10-11
• 1.2.2 国内机械密封试验装置的研究现状11-12
• 1.3 研究的主要内容12-13
• 1.3.1 课题来源12-13
• 1.3.2 课题的主要研究内容13
• 1.4 本章小结13-14
• 第二章 机械密封理论及密封性能试验方法14-24
• 2.1 机械密封理论介绍14-15
• 2.2 机械密封的试验方法15-16
• 2.2.1 国内外机械密封试验的主要研究内容15
• 2.2.2 机械密封性能试验装置研制的基本要求15-16
• 2.3 现有机械密封性能试验装置分类16-20
• 2.3.1 常规的机械密封性能试验装置16-17
• 2.3.2 釜用机械密封性能试验装置17-18
• 2.3.3 干气密封性能试验装置18
• 2.3.4 高参数机械密封性能试验装置18-20
• 2.4 虚拟样机技术20-21
• 2.5 Creo 软件介绍21-22
• 2.6 ANSYS 软件简介22
• 2.7 LabVIEW 软件简介22-23
• 2.8 本章小结23-24
• 第三章 高参数机械密封性能试验装置设计24-39
• 3.1 总体设计方案24-25
• 3.1.1 设计要求24
• 3.1.2 设计方案24-25
• 3.2 高参数机械密封设计25-27
• 3.2.1 密封件结构设计要求25-26
• 3.2.2 密封件设计计算26-27
• 3.3 密封腔结构设计27-30
• 3.3.1 腔体结构设计27-29
• 3.3.2 腔体设计计算29-30
• 3.4 动力及传动装置设计30-32
• 3.4.1 电机选型31-32
• 3.4.2 传动装置设计32
• 3.5 试验系统设计32-33
• 3.6 测控系统设计33-34
• 3.7 密封装置模型整体组建34-38
• 3.7.1 三维零件实体建模34-36
• 3.7.2 密封装置整体装配的建立36-38
• 3.8 本章小结38-39
• 第四章 密封装置测试系统设计分析39-56
• 4.1 机械密封主要性能参数测试39-40
• 4.1.1 介质压力的测量39
• 4.1.2 介质温度的测量39
• 4.1.3 转速的测量39
• 4.1.4 泄漏量的测量39
• 4.1.5 端面温度及密封环温度场测量39
• 4.1.6 端面摩擦扭矩测量39-40
• 4.1.7 端面压力测量40
• 4.1.8 密封环变形测量40
• 4.2 机械密封结构变形分析40-43
• 4.2.1 机械密封动静环力变形计算模型40-42
• 4.2.1.1 密封结构和参数40
• 4.2.1.2 力学模型40-41
• 4.2.1.3 有限元模型41-42
• 4.2.2 动静环力变形分析42-43
• 4.3 机械密封热变形分析43-48
• 4.3.1 动静环温度场微分方程及边界条件43-44
• 4.3.2 热量平衡分析44-46
• 4.3.2.1 摩擦热计算44
• 4.3.2.2 搅拌热计算44-45
• 4.3.2.3 对流换热系数计算45-46
• 4.3.3 动静环温度场及变形分析46-48
• 4.4 机械密封热—力耦合分析48-51
• 4.5 试验装置测试系统设计51-54
• 4.5.1 端面传感器设计51
• 4.5.2 泄漏量测量方法51
• 4.5.3 摩擦扭矩及端面压力传感器设计51-54
• 4.5.3.1 无线模块的设计及检验52-54
• 4.5.3.2 传感器安装位置54
• 4.6 本章小结54-56
• 第五章 试验装置主轴结构动力学分析56-66
• 5.1 主轴初始设计计算56-57
• 5.2 主轴静力学结构分析57-62
• 5.2.1 主轴受力分析57-60
• 5.2.2 主轴结构静力学分析60-62
• 5.3 主轴的模态分析62-65
• 5.3.1 模态分析基本原理62-63
• 5.3.2 有限元前处理63
• 5.3.3 分析结果63-65
• 5.4 本章小结65-66
• 第六章 总结与展望66-68
• 6.1 总结66-67
• 6.2 展望67-68
• 攻读学位期间发表的学术论文68-69
• 参考文献69-70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1007878