机械密封焊接金属波纹管波片力学性能分析及结构优化

发布时间：2020-11-08 13:53

　　 焊接金属波纹管机械密封主要用于炼油厂热油泵的轴封。利用金属波纹管代替了弹簧和辅助密封圈,解决了高温下辅助密封的问题。焊接金属波纹管不仅起着补偿及缓冲因动磨损、轴向串动及振动等原因产生的轴向位移,而且靠本身的弹力与密封介质压力一起对密封端面施加一定的比压,以起到密封的作用。波纹管波片高温下的失效在通常情况下均为波片失弹和疲劳破坏,因而许多国内外学者致力于波片应变、应力和寿命的分析,用传统的材料力学方法和现代设计方法(有限元法和优化设计)计算波片的应力及寿命的估算。 首先本文基于实际生产使用的波纹管波片作为研究对象,通过对波片的受力分析,建立了力学模型,并运用ANSYS有限元软件对其进行静态应力计算,分别得出由轴向变形力,薄膜应力和离心应力三种静态应力组合的总应力及其应力的结构变形图、节点应力分布图及最大应力点的数值和位置。结果表明,波纹管的应力主要由轴向位移载荷引起的,因此应严格控制波纹管压缩量的大小,此外也可以通过增加最大应力点所在圆弧的曲率半径来减小最大应力等有效措施。 其次实践证明波纹管波片由于在高转速工况下产生轴向振动力,在此力的作用下表现的失效形式一般为波片失弹和疲劳破坏,故文中运用ANSYS有限元程序的瞬态动力学FULL分析法计算了由轴向振动引起的最大动应力的大小及位置并分析了振动量与最大动应力之间的关系,由此得到可以通过减小振动量来减小动应力,提高波片的使用寿命。 基于上述所得的组合静应力和瞬态动应力的分析结果,本文依据疲劳裂纹形成寿命计算的局部应力-应变法对波片的疲劳寿命进行了计算,计算结果基本符合实际生产的破损情况,并满足大修期要求。 为了进一步提高波片的使用寿命,即对波片的部分结构参数进行了优化设计,分别通过改变波片的波形、波深、波宽和最大应力点所在圆弧的曲率半径等结构尺寸得到了提高波片的刚度的同时减少波片的应力的最优参数,从而达到延长了波片的使用寿命,这将为波片的实际生产提供参考数据。
【学位单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2008
【中图分类】：TH136
【部分图文】：

第3章焊接金属波纹管波片的静态应力分析3.1技术参数(l)单个波片的结构尺寸如图3.1一3.3所示:(2)波纹管波数12(3)工作参数转速刀=2960r·p·m;压差AP二IMPa;密度 p=7.gT/m3;模量E二187GPa;波松t匕v二0.3;温度2200C。(4)波片的刚度._，。__~，.、一一~、，_。一、，一，、:、，，走Dm占3很据日目U国囚淮存术用阴NlJ及T-r异公武:长二—全计算得到D，K二 17.69N/Inln已知:压缩量X=2InIn最终得到轴向预紧力F=K.X“35.38N波片中径波纹管波数波片的内径波片的厚度+Do2D(，:波片的外径a

图3.3波片的几何模型剖视图3.2波片的力学模型简化3.2.1波片的受力分析由于本次研究是在有轴向预紧力、高速旋转和高压工况下处于较为复杂的受力状况，其具体的应力有:1.轴向(即为Y轴方向)预紧力产生的变形应力，此预紧力F。施加在内焊接处且垂直于波片平面，如图3.4(a)所示。2.内外压力差产生的薄膜应力，内外压力差△P施加在波片的波纹处，如图3.4(b)所示。3.离心惯性力产生的离心应力，其离心惯性力f=(2，/60)’rP作用在波片的圆

图3.3波片的几何模型剖视图3.2波片的力学模型简化3.2.1波片的受力分析由于本次研究是在有轴向预紧力、高速旋转和高压工况下处于较为复杂的受力状况，其具体的应力有:1.轴向(即为Y轴方向)预紧力产生的变形应力，此预紧力F。施加在内焊接处且垂直于波片平面，如图3.4(a)所示。2.内外压力差产生的薄膜应力，内外压力差△P施加在波片的波纹处，如图3.4(b)所示。3.离心惯性力产生的离心应力，其离心惯性力f=(2，/60)’rP作用在波片的圆
【引证文献】

相关硕士学位论文 前4条

1 王立芳;金属波纹管虚拟实验系统的开发[D];燕山大学;2012年

2 张静;干气密封焊接金属波纹管的动态性能分析及结构优化[D];兰州理工大学;2010年

3 李少光;离心式热油泵的水力设计及数值模拟[D];东北大学;2010年

4 陈剑雄;抽放射性气体涡旋真空泵主要零件的有限元分析[D];东北大学;2010年

本文编号：2874875