浸油端面方孔机械密封摩擦学性能研究

发布时间：2017-10-11 22:05

  本文关键词：浸油端面方孔机械密封摩擦学性能研究

  更多相关文章： 机械密封 端面方孔 端面温度 液膜压力 摩擦学性能

【摘要】：浸油端面方孔机械密封是一种新型的机械密封技术,和普通机械密封相比,可以改善机械密封摩擦副的摩擦状态,延长密封寿命,有效地提高摩擦学性能。本文重点考虑了浸油端面方孔机械密封的端面润滑特性,分别采用解析法和有限差分数值法求解了端面流体润滑雷诺方程,对密封端面的润滑特性进行了深入分析,分别计算了端面液膜压力分布、端面液膜压力形成的开启力(承载力)、液膜刚度、摩擦力矩、摩擦系数、端面泄漏率等摩擦学性能。分别研究了操作参数和结构参数对摩擦学性能的影响规律。同时应用翅片理论计算了浸油端面方孔机械密封端面温度分布规律。主要研究内容和结论如下： 1.建立了浸油端面方孔机械密封液膜压力分布一维分析模型,基于阶梯滑块润滑模型,推导了该类机械密封径向和周向平均液膜压力分布计算式,得到了径向和周向平均液膜压力分布情况。 2.采用有限差分法对端面流体润滑雷诺方程进行求解,利用Mathcad计算机软件编制程序,可以计算不同压差、介质下的液膜压力三维分布情况。计算结果表明,介质压差、介质黏性对其膜压分布有直接影响。数值计算结果与解析法计算所得平均压力分布结果进行对比,其结果基本一致。 3.分别利用解析法和有限差分法研究了不同操作参数和结构参数对浸油端面方孔机械密封的摩擦学性能的影响规律。具体结果如下：(1)两种方法所得到不同操作参数和结构参数对浸油端面方孔机械密封摩擦学性能影响规律基本一致；(2)密封环转速越大,密封开启力、液膜刚度、泄漏率、摩擦力矩和摩擦系数基本呈线性增大；(3)介质粘度越大,密封开启力、液膜刚度、摩擦力矩和摩擦系数越大,泄漏率越小,当粘度≥2×10-3Pa·s时,泄漏率和摩擦系数降低趋势基本平缓；(4)非孔区膜厚≤5μm,开孔深度在2～6μm范围时,具有较好的摩擦学性能。 4.建立了浸油端面方孔机械密封温度分布模型,利用翅片理论计算了机械密封端面平均温度和动静环在不同操作参数和结构参数下的轴向温度分布。得到具体结果如下：(1)在相同介质粘度、转速和端面膜厚的条件下,浸油端面方孔机械密封比普通机械密封具有更低的端面平均温度；(2)浸油端面方孔机械密封的端面平均温度随着介质粘度和转速的提高而增大,其中介质粘度对端面平均温度的影响非常显著。(3)浸油端面方孔机械密封的端面平均温度随着非孔区膜厚的增加而减小,在膜厚ho≤2μm时,减小趋势变化剧烈,当膜厚ho≥4μm时,减小趋势变得平缓；(4)动静环温度分布沿轴向位置从接触端面逐渐向两绝热边界递减,逐渐接近于周围环境温度。
【关键词】：机械密封 端面方孔 端面温度 液膜压力 摩擦学性能
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH117.1;TB42
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 引言10-11
• 1.2 机械密封端面摩擦工况11-13
• 1.3 端面造型机械密封端面摩擦国内外研究现状13-17
• 1.3.1 国外研究现状14-15
• 1.3.2 国内研究现状15-17
• 1.4 本课题的研究内容及意义17-19
• 第二章 浸油端面方孔机械密封的流体力学分析19-24
• 2.1 浸油端面方孔机械密封工作原理19
• 2.2 浸油端面方孔机械密封端面间液膜特性分析模型19-23
• 2.2.1 几何模型19-21
• 2.2.2 基本假设21
• 2.2.3 浸油端面方孔机械密封端面问液膜的控制方程21-22
• 2.2.4 边界条件22
• 2.2.5 膜厚分布22-23
• 2.3 本章小结23-24
• 第三章 油膜压力的解析计算24-30
• 3.1 简述24
• 3.2 数学模型24-26
• 3.3 浸油端面方孔机械密封端面平均压力分布26-27
• 3.4 算例验证27-29
• 3.5 本章小结29-30
• 第四章 浸油端面方孔机械密封摩擦学性能参数计算30-45
• 4.1 概述30-31
• 4.2 雷诺方程的有限差分法求解31-35
• 4.2.1 有限差分法的基本原理31-33
• 4.2.2 有限差分法的计算方程33-35
• 4.3 摩擦性能参数的计算35-38
• 4.3.1 密封开启力的计算35-36
• 4.3.2 液膜刚度的计算36
• 4.3.3 泄漏率的计算36
• 4.3.4 摩擦力和摩擦力矩的计算36-38
• 4.3.5 摩擦系数的计算38
• 4.4 浸油端面方孔机械密封性能计算程序38-41
• 4.4.1 Mathcad简介38-39
• 4.4.2 求解端面密封性能的程序设计39-41
• 4.5 算例验证41-44
• 4.5.1 三维压力分布42-43
• 4.5.2 操作参数对开启力的影响43-44
• 4.6 本章小结44-45
• 第五章 摩擦学性能计算结果分析与讨论45-58
• 5.1 浸油端面部分开方孔机械密封液膜厚度分布45
• 5.2 端面间压力分布45-48
• 5.2.1 液膜三维压力分布45-47
• 5.2.2 端面间二维平均压力分布47-48
• 5.3 操作参数对摩擦学性能的影响48-53
• 5.3.1 转速对摩擦学性能的影响49-50
• 5.3.2 介质粘度对摩擦学性能的影响50-53
• 5.4 结构参数对摩擦学性能的影响53-57
• 5.4.1 非孔区膜厚对摩擦学性能的影响53-54
• 5.4.2 开孔深度对摩擦学性能的影响54-57
• 5.5 本章小结57-58
• 第六章 密封端面平均温度和温度场计算及结果分析58-69
• 6.1 翅片理论简介58
• 6.2 一维等截面翅片温度分布58-60
• 6.3 翅片法求解浸油端面方孔机械密封端面温度场60-63
• 6.3.1 基本假设61-62
• 6.3.2 对流换热系数计算62
• 6.3.3 动静环端面平均温度和温度场计算62-63
• 6.4 算例验证63-65
• 6.5 操作参数对温度场分布的影响65-67
• 6.5.1 介质粘度对温度场分布的影响65-66
• 6.5.2 转速对温度场分布的影响66-67
• 6.6 结构参数对温度场分布的影响67-68
• 6.6.1 非孔区膜厚对温度场分布的影响67
• 6.6.2 开孔深度对温度场分布的影响67-68
• 6.7 本章小结68-69
• 第七章 结论与展望69-71
• 7.1 结论69-70
• 7.2 展望70-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-77
• 附录A：攻读硕士学位期间发表论文目录77-79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 丁雪兴;王燕;佘志刚;毛亚军;;微孔端面机械密封间液膜的CFD数值模拟[J];兰州理工大学学报;2011年02期

2 于新奇,蔡仁良;激光加工多孔端面机械密封[J];河北科技大学学报;2004年01期

3 李国栋;丁雪兴;杜鹃;张鹏高;张静;;激光加工多孔端面机械密封结构参数的协调优化[J];化工机械;2009年06期

4 于新奇,蔡仁良;激光加工多孔端面机械密封的动压分析[J];华东理工大学学报;2004年04期

5 于新奇,陈钟祥,蔡仁良;激光加工多孔端面机械密封的参数研究[J];机械设计与制造;2005年08期

6 朱孝平，黄勇，汪久根，，毛绍贝;机械密封端面温度的动态过程测量[J];机械科学与技术;1996年03期

7 周剑锋;顾伯勤;;机械密封环的传热特性分析[J];机械工程学报;2006年09期

8 王玉明;从第十\F国际流体密封会议看机械密封基础研究动向[J];流体工程;1984年11期

9 戈建志,李克永;机械密封润滑状态及摩擦扭矩的研究[J];流体工程;1993年01期

10 朱良;朱毅征;李松虎;;动压环槽端面密封的泄漏量影响因素[J];流体机械;1995年01期

本文编号：1014980