静压干气密封的动态特性及热变形研究

发布时间：2017-06-06 00:01

  本文关键词：静压干气密封的动态特性及热变形研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：机械密封相关技术的研究涉及工程力学、流体动力学、摩擦学、传热学、流体润滑理论等多个学科领域,是国内近年来科学研究的重点课题之一。目前国外关于机械密封技术的研究已经比较成熟,而国内的研究还停留在机械密封原理、结构、密封流场模拟以及密封环热分析等领域,对于机械密封环动态特性方面的研究相对比较少。机械密封系统在稳定运行过程中难免会受到密封端面磨损、泄漏、密封端面介质空化等自身及外界因素的影响,使得密封环产生轴向振动及耦合振动等问题,进而加速了泄漏,降低了使用寿命,甚至使密封装置失效。本文选取机械密封系统之一的静压干气密封系统,对其从密封原理、密封结构到密封端面压力分布、动态特性及热应力变形等方面进行了较详细的分析研究。 (1)介绍了静压干气密封的原理和结构；对密封端面进行了受力分析,并推导出求解密封端面压力分布的雷诺方程,以及对相关参数进行了说明；最后推导了节流孔流量和泄漏量的计算公式。 (2)应用有限元软件ANSYS的流体分析模块CFD对外加压式静压干气密封系统密封端面上压力分布的求解过程进行了详细的阐述,并用该模块求解了密封端面上不同厚度的介质膜所对应的压力分布,得出在恒定外加压的条件下,密封端面凹槽内的压力只有微小变化,几乎可以忽略；分析了特定节点处压力随介质膜厚度变化的曲线,通过应用数据处理软件MATLAB对该节点处压力随介质膜厚度变化的数据进行了曲线拟合,得出压力与膜厚变化的拟合多项式方程。 (3)建立轴向振动和耦合振动分析模型,借助旋转坐标系,并考虑各参数对其在稳定运行过程中的动态特性规律的影响,对其分析模型进行了较详细的推导和简化,最后得出求解动态特性的动力学方程。通过应用MATLAB软件编程求解得出其动态特性规律。 (4)应用ANSYS软件的热分析模块对静压干气密封系统的动、静环从整体上进行了温度场分析,得出整体的温度场分布规律；同时通过转换单元类型,加载温度场求解结果,在特定的约束条件下得出其热应力变形规律。 本文针对静压干气密封系统的动、静环从密封端面压力分布到轴向振动和耦合振动的动态特性规律及热应力变形等方面进行的分析研究,为以后机械密封系统的研究提供了一定的参考依据。
【关键词】：静压干气密封 密封端面压力 动态特性 热变形 雷诺方程
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH136
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 静压干气密封技术的基础理论及国内外研究进展10-12
• 1.1.1 机械密封简介10
• 1.1.2 干气密封技术的发展历程10-12
• 1.2 课题的提出和意义12-13
• 1.3 本文研究的主要问题及研究方法13-14
• 1.4 本章小结14-15
• 2 静压干气密封原理及密封端面控制方程15-29
• 2.1 静压干气密封的工作原理和典型结构15-18
• 2.2 外加压式静压干气密封压力分析18-21
• 2.2.1 外加压式静压干气密封的基本原理18-19
• 2.2.2 模型的主要几何参数19-20
• 2.2.3 密封端面的受力分析20-21
• 2.3 静压干气密封端面控制方程21-25
• 2.3.1 假设条件21-22
• 2.3.2 控制方程的建立22-24
• 2.3.3 边界条件24
• 2.3.4 薄膜的厚度24-25
• 2.4 节流孔流量和泄漏量25-28
• 2.4.1 计算节流孔流量25-26
• 2.4.2 密封端面泄漏量计算26-28
• 2.5 本章小结28-29
• 3 静压干气密封端面压力分布求解29-40
• 3.1 ANSYS软件CFD简介29-30
• 3.2 有限元模型建立30-31
• 3.3 模型划分网格31-32
• 3.4 加载求解32-33
• 3.5 结果分析33-34
• 3.6 压力与膜厚变化34-36
• 3.7 特定节点压力变化分析36-39
• 3.8 本章小结39-40
• 4 静压干气密封动态特性分析40-53
• 4.1 动态特性模型40-45
• 4.1.1 轴向振动模型40-42
• 4.1.2 耦合振动模型42-45
• 4.2 动力学方程的建立45-50
• 4.2.1 旋转坐标系下的运动方程45-48
• 4.2.2 动力学方程48-50
• 4.3 动态特性分析50-52
• 4.4 本章小结52-53
• 5 静压干气密封密封环热变形分析53-64
• 5.1 ANSYS热分析模块简介53-55
• 5.2 热量的计算55-57
• 5.2.1 计算密封系统的对流传热系数55-56
• 5.2.2 计算密封环热量的分配系数56
• 5.2.3 计算密封端面间流体介质的粘性剪切热56
• 5.2.4 计算密封系统的搅拌热56-57
• 5.3 稳态温度场分析57-61
• 5.3.1 建立有限元模型57-59
• 5.3.2 温度场求解及分析59-61
• 5.4 热应力变形分析61-63
• 5.5 本章小结63-64
• 结论64-66
• 参考文献66-69
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果69-70
• 致谢70

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