LaserFace液体润滑端面密封数值模拟与型槽结构优化设计

发布时间：2017-06-02 01:12

  本文关键词：LaserFace液体润滑端面密封数值模拟与型槽结构优化设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：LaserFace机械端面密封(LF-MS)是密封制造商John Crane公司于20世纪末发明的新型端面密封,它不仅极大地改善了端面间的润滑效果,而且有效地控制了泄漏率,且不需要额外的冷却系统,特别适合密封热水、液态烃和液氨等润滑效果差的易汽化介质。但是到目前为止,John Crane公司仅以介绍LF-MS产品的优异性能为主,很少见到公开发表的有关设计理论与方法。因此,开展相关理论研究十分必要。 首先,本文基于液体润滑理论,考虑密封端面间润滑液膜的空化现象,建立了基于质量守恒的LF-MS二维数学分析模型,采用SUPG有限单元法求解雷诺方程,计算出最大液膜压力、端面开启力和泄漏率并与有关文献值进行了对比分析,验证了本文计算方法的正确性,奠定了后续理论研究的基础。其次,分别以引流槽端面密封和回流槽端面密封为几何研究对象,获得了两种密封的端面液膜压力分布图及密度比分布图,研究并提出了操作参数和几何结构参数对两种密封性能的影响规律,从理论上证明引流槽具有将液体引入密封面的作用,回流槽具有回流泵送的能力,且得出了相应的密封性能规律曲线。再其次,分析了引流槽和回流槽两种型槽协同作用时(即LF-MS)的密封性能,给出了组合型槽端面几何结构参数优选值范围。最后,提出了LF-MS的5种不同槽底变深结构形式,并对其密封性能进行分析比较,结果表明,尽管LF-MS的变深结构对液膜压力分布影响较小,但加剧了液膜端面的空化程度,且与等深槽相比,变深结构形式能够改善密封整体性能,尤其以收敛引流槽与变深回流槽相组合的组合型槽端面密封的性能最佳。 本文的研究成果为LF-MS的深入研究提供了一定的理论基础,并且为其端面型槽的设计方法提供了参考,具有重要的理论意义及工程指导意义。
【关键词】：机械密封 激光脸端面 空化 有限元 密封性能
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH136
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 符号说明10-12
• 第1章 绪论12-21
• 1.1 课题背景、目的及意义12-13
• 1.2 液体润滑机械密封研究现状13-17
• 1.2.1 上游泵送机械密封研究现状14-15
• 1.2.2 微孔结构机械密封研究现状15-16
• 1.2.3 LF-MS研究现状16-17
• 1.3 空化问题的研究现状17-19
• 1.4 存在问题19
• 1.5 研究内容及步骤19-21
• 1.5.1 研究内容19
• 1.5.2 研究步骤19-21
• 第2章 LaserFace液体润滑端面密封分析方法21-32
• 2.1 端面几何结构定义21-22
• 2.2 数学模型22-24
• 2.2.1 液膜压力控制方程22-23
• 2.2.2 空化边界的选取23-24
• 2.2.3 计算域边界条件24
• 2.3 数值计算方法24-29
• 2.3.1 有限元基础24-25
• 2.3.2 变分方程的建立及离散25-26
• 2.3.3 程序计算流程26-27
• 2.3.4 程序验证27-29
• 2.4 密封性能参数29-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 引流槽端面密封与回流槽端面密封的性能研究32-49
• 3.1 引流槽密封性能研究32-40
• 3.1.1 几何结构及计算参数32
• 3.1.2 端面液膜压力p与密度比θ分布32-34
• 3.1.3 操作参数对INLET型槽端面密封性能的影响34-36
• 3.1.4 结构参数对INLET型槽端面密封性能的影响36-40
• 3.2 回流槽密封性能研究40-47
• 3.2.1 几何结构及计算参数40
• 3.2.2 端面液膜压力p与密度比θ分布40-41
• 3.2.3 操作参数对RETURN型槽端面密封性能的影响41-44
• 3.2.4 结构参数对RETURN型槽端面密封性能的影响44-47
• 3.3 本章小结47-49
• 第4章 LaserFace两种不同型槽协同作用研究49-60
• 4.1 几何结构及计算参数49-50
• 4.2 端面液膜压力p与密度比θ分布50-51
• 4.3 操作参数对LF-MS密封性能的影响51-53
• 4.3.1 密封压力的影响51
• 4.3.2 转速的影响51-52
• 4.3.3 膜厚的影响52-53
• 4.4 几何参数对LF-MS密封性能的影响53-58
• 4.4.1 引流槽径向长度比的影响53-54
• 4.4.2 引流槽弧长比的影响54-55
• 4.4.3 回流间距比的影响55-56
• 4.4.4 月牙槽长短轴比的影响56-57
• 4.4.5 不同槽深组合的影响57-58
• 4.5 本章小结58-60
• 第5章 LaserFace变深结构密封性能研究60-65
• 5.1 LaserFace变深结构的计算模型60-61
• 5.2 端面液膜压力p与密度比θ分布61-62
• 5.3 密封压力对LF-MS变深结构密封性能的影响62-63
• 5.4 转速对LF-MS变深结构密封性能的影响63-64
• 5.5 本章小结64-65
• 第六章 结论与展望65-68
• 6.1 主要完成的工作65
• 6.2 结论65-66
• 6.3 创新点66
• 6.4 展望66-68
• 参考文献68-72
• 致谢72-73
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 赵中;彭旭东;盛颂恩;白少先;李纪云;;多孔扇形分布端面机械密封性能的数值分析[J];化工学报;2009年04期

2 刘鑫;彭旭东;孟祥铠;钟伟明;古通生;;斜排微孔端面机械密封富集效应的理论研究[J];化工学报;2010年02期

3 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

4 王建军,陆明万,张雄;流体力学Petrov-Galerkin有限元法研究进展[J];计算力学学报;1998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 徐国群,张国富;不可压Navier-Stokes方程组的SUPG有限元数值解[J];空气动力学学报;1991年03期

7 彭建,鄢新华,左孝桐,隋德生,张达夫;上游泵送密封研究[J];流体机械;1998年02期

8 杜东波;骆建国;胡滨;彭旭东;;激光加工多孔端面机械密封的理论研究[J];流体机械;2006年05期

9 潘晓梅;蔡永宁;骆建国;胡滨;彭旭东;;激光加工多孔端面机械密封静压分析[J];流体机械;2007年03期

10 钮建良;孟祥铠;白少先;盛颂恩;彭旭东;;LaserFace液体润滑端面密封性能研究[J];流体机械;2011年12期

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本文编号：413905