压力自适应型机械密封的特性研究

发布时间：2017-04-16 20:10

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【摘要】：压力自适应型机械密封具有宽压力适用范围、稳定性高、寿命长、泄漏量低和磨损小等优点。该密封在高压工况下,密封环端面能够发生变形,形成周期性的周向波度与锥度,并在靠近内径处位置形成环状坝区,从而使密封具有流体动压效应与静压效应,达到良好的密封效果。在低压工况下,该密封可看做普通的平行平面机械密封,能够保证合理的泄漏量,且安全可靠。为了更好的掌握自适应型密封的密封机理与各参数对其性能的影响规律,本文对不同工况与不同结构下的密封性能进行了系统的研究与讨论。 本文通过数值模拟的方法,分别以密封间隙中的流场、密封环和流场与密封环整体为研究对象,研究了操作工况下的流场状态、密封环变形和密封性能。在对密封性能进行研究时,采用了“流固耦合法”,通过对流场与密封环分别求解,多次迭代,最终精确的求得了流场的压力分布、密封环端面最终变形及密封的性能参数。 本文通过“流固耦合法”对压力自适应型机械密封进行分析计算,从而分析了工作参数工作压力、转速,参考参数膜厚对密封性能参数的影响,揭示了该密封的稳态特性。并通过对不同工作压力下平衡状态的分析计算,求得平衡状态下闭合力、开启力、平衡膜厚、泄漏量、液膜刚度、摩擦功耗的变化趋势,分析了在实际工作状态下,压力逐渐上升各密封参数的变化过程,近似的模拟了压力自适应型机械密封从开车到稳态的过程。 本文根据自适应型密封的工作原理,提出了一体式密封环、分体式密封环A型和分体式密封环B型三种结构的密封环,并采用“流固偶合法”分析了三种密封环结构参数对端面变形与密封性能的影响,并就分析计算结果,进行了三种密封环的端面变形与密封性能参数的对比,以及各结构参数对端面变形与密封性能影响的对比,得到了一定的结论。 自行设计了自适应型密封力变形试验系统与性能分析试验系统,并加工了各试验装置。并就试验所测得的端面变形结果和密封性能参数与理论分析值进行了比较分析。
【关键词】：压力自适应型机械密封 流固耦合 数值模拟
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH136
【目录】：

• 学位论文数据集4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 符号说明15-17
• 第一章 绪论17-25
• 1.1 课题来源及概述17
• 1.2 选题背景17-19
• 1.3 压力自适应型机械密封的工作原理19-21
• 1.4 前人的研究成果及现状21-24
• 1.4.1 机械密封的发展与现状21
• 1.4.2 非接触机械密封的发展与现状21-22
• 1.4.3 机械密封端面加工技术的发展与现状22-23
• 1.4.4 端面波形机械密封的发展与现状23-24
• 1.5 本课题主要研究内容24-25
• 第二章 压力自适应型机械密封的结构设计和数值模拟25-47
• 2.1 压力自适应型机械密封的设计25-28
• 2.1.1 一体式密封环25-26
• 2.1.2 分体式密封环A型26-27
• 2.1.3 分体式密封环B型27-28
• 2.2 压力自适应型机械密封的流场分析28-32
• 2.2.1 数学模型参数28-30
• 2.2.2 建立液膜初始数值模型30
• 2.2.3 高压流场下的基本假设30-31
• 2.2.4 边界条件31
• 2.2.5 计算及求解31
• 2.2.6 计算结果31-32
• 2.3 压力自适应型机械密封端面变形分析32-35
• 2.3.1 数学模型参数32-33
• 2.3.2 定义单元类型33
• 2.3.3 建立几何模型划分网格33-34
• 2.3.4 加载载荷与设置约束34-35
• 2.3.5 求解及结果35
• 2.4 流固耦合法求解计算35-45
• 2.4.1 分析压力自适应型机械密封的流固耦合法35-37
• 2.4.2 数学模型参数37
• 2.4.3 对液膜初始流场的求解37
• 2.4.4 在Mechanical APDL中读取初始压力分布结果37-38
• 2.4.5 对密封环初始端面变形的求解38-39
• 2.4.6 处理变形结果建立变形后密封环模型39-42
• 2.4.7 修正液膜模型42-43
• 2.4.8 修正后液膜模型的网格划分及前处理43
• 2.4.9 修正后液膜模型的数值分析43
• 2.4.10 修正后密封环变形求解43-44
• 2.4.11 流固耦合计算结果收敛性的判断44
• 2.4.12 流固耦合计算结果44-45
• 2.5 小结45-47
• 第三章 压力自适应型机械密封的性能分析47-65
• 3.1 流固耦合法可行性判断47-49
• 3.2 流固耦合分析计算49-52
• 3.3 膜厚对密封性能的影响52-54
• 3.4 工作压力对密封性能的影响54-57
• 3.5 转速对密封性能的影响57-60
• 3.6 密封平衡状态的分析研究60-62
• 3.7 小结62-65
• 第四章 结构参数对压力自适应型密封的影响65-85
• 4.1 结构参数对端面变形的影响65-71
• 4.1.1 端面厚度对端面变形的影响65-67
• 4.1.2 内壁厚度对端面变形的影响67-69
• 4.1.3 开槽数量对端面变形的影响69-71
• 4.2 结构参数对密封性能的影响71-83
• 4.2.1 端面厚度对密封性能的影响72-75
• 4.2.2 内壁厚度对密封性能的影响75-79
• 4.2.3 开槽数量对密封性能的影响79-83
• 4.3 小结83-85
• 第五章 压力自适应型机械密封的试验研究85-101
• 5.1 自适应型机械密封的力变形试验研究85-91
• 5.1.1 力变形试验系统85-89
• 5.1.2 力变形试验内容89-91
• 5.1.3 力变形试验结果分析91
• 5.2 自适应型机械密封的性能分析试验研究91-99
• 5.2.1 密封性能分析试验系统91-95
• 5.2.2 密封性能分析试验内容95-98
• 5.2.3 密封性能试验结果分析98-99
• 5.3 小结99-101
• 第六章 结论与展望101-105
• 6.1 主要结论101-102
• 6.2 今后的展望102-105
• 参考文献105-109
• 致谢109-111
• 研究成果及发表的学术论文111-113
• 作者及导师简介113-114
• 附件114-115

【参考文献】

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本文编号：311574