非接触式气体润滑机械密封变形研究

发布时间：2020-03-29 18:18

【摘要】： 随着工业的快速发展,密封工作状况趋于高温、高压、高速。非接触式气体润滑机械密封在运行过程中,由于受到力和热等载荷的作用,不可避免要发生变形。变形将使泄漏量增加、端面点接触等,最终导致密封失效。本文应用有限元法,计算了稳态密封环温度场、稳态端面间气膜压力分布及密封环的力变形、热变形和力热耦合变形。研究了密封腔压力、转速、材料等对密封温度场的影响;并讨论了压力、转速、材料特性、弹簧比压等对非接触式气体润滑机械密封密封环变形的影响;压力、材料等对锥度的影响;分析了密封环变形后,密封的泄漏量、摩擦系数、膜厚等的变化。在此基础上提出了控制变形的方法,对非接触式气体润滑机械密封的设计起到指导作用。本文压力场计算应用FORTRAN语言进行编程,温度场、力变形、热变形和力热耦合变形计算应用有限元软件ANSYS完成。
【图文】：

温度分布,密封腔,密封环,简化模型

中国石油大学（华东）硕士论文第 1 章前言也没有其他的理论和实验结果相比较，为以后复杂的热摩擦问题指明了方向。随后，由于计算机和有限元方法的发展和成熟，计算流体力学（CFD）得到快速发展。Slamack 和 Rachmat[5]等人基于计算流体力学理论，采用 SIMPLER 算法，计算了密封系统温度分布和热传导系数并与 Lebeck[6]试验结果进行比较，，得出数值计算与实验值之间的差别主要来自于作用面热源的计算。认为密封径向和轴向的温度梯度是影响端面间隙和密封性能的主要因素，并提出密封腔内温度分布除了密封座部位外基本上是均布的；随着旋转速度的增加，最高温度同接触面流体平均温度的差减小。

温度分布,力变形,密封环,热变形

图 1-2 Lebeck 对动环的分析简化图1992 年，Lebeck[29]分析了引起端面变形的各种载荷，并比较了几种计算端面变形的方法，详细阐述了圆环有限元方法。对螺旋槽干气密封端面缝隙流体的压力分布和温度分布计算和试验方面的文献也可以见到。通过总结机械密封变形的计算和对端面间流场温度和压力的数值计算，基本上可以为螺旋槽干气密封端面变形的计算提供思路和基础。张书贵[13]对机械密封的力变形和热变形给予了全面的考虑。通过计算发现热变形是机械密封变形的主要形式。讨论了热变形、力变形与密封环的结构、材料及使用条件的关系，并认为：1）密封环的力变形与密封环材料的弹性模量成正比，热变形与线膨胀系数成正比；2）工作压力与力变形成线性关系，但是由于弹簧力的影响，该线不通过坐标原点；3）平衡系数对力变形影响不大，主要是由于动静环间的密封面相对较窄的缘故；4）密封环的结构改变，相应的力变形值也有所
【学位授予单位】：中国石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TH136

【引证文献】