非接触式磁力密封结构设计与分析

发布时间：2017-07-18 18:22

  本文关键词：非接触式磁力密封结构设计与分析

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【摘要】：随着科学材料和制造技术的不断进步，各种旋转机械正朝着高性能化发展，使得机械密封技术变得更高级化和复杂化，同时出于环境保护的需要，人们对机械密封的创新和实用化性能要求也越来越高，这也对密封稳定性、可靠性和寿命提出了更高的要求。但是传统的的机械密封是难以达到上述要求的，因此必须研究开发新型的机械密封装置以满足工业生产和特殊情况的需要，也亟需新理论和新技术、新材料等作为支撑。随着电子技术、磁性材料、控制工程等学科的迅速发展，，拥有优良性能的磁场受到了极大关注，其有很大的发展和应用前景。 本文提出了应用磁场力的非接触式机械密封方式，对其密封原理进行了介绍，通过图示对端面的受力情况进行了分析。 流体膜特性参数和电磁力的计算。根据流体动力学和纳维—斯托克斯方程组（N-S）得到平行平面间隙膜压、承载力、泄漏量等流体膜特性参数。根据电磁场的基本理论，分析和比较了数值计算法和磁路法两种磁感应强度的计算方法，以及虚位移法和麦克斯韦应力法两种电磁力的计算方法，由此推导出磁感应强度和电磁力的理论计算公式。 密封结构设计。包括对控制系统中的传感器、控制器、功率放大器选型，对线圈的选择和设计，对密封副的材料选择。同时根据密封和电磁学的要求，采用磁路法，根据磁极面积，对密封副的结构参数进行了设计。 密封端面密封性能分析和计算。计算动环端面作用力、间隙刚度和泄漏量。运用ANSYS软件对电磁场仿真分析，对密封端面结构进行二维建模，仿真得出磁感应线、磁流密度和电磁力大小。并对不同密封间隙大小和电流大小情况下的电磁力进行分析，并反推得到两侧电磁力对应的电流大小，得到模拟图形。 本文主要通过对非接触式磁力密封相关参数和性能的研究，为密封研究提出了新思路，同时也为下一步的研究提供理论支持和参考。
【关键词】：非接触式磁力密封 流体膜特性 电磁力 结构设计 密封性能 电磁场仿真
【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9-18
• 1.1 研究背景和意义9-10
• 1.1.1 本课题的研究背景9
• 1.1.2 本课题的研究意义9-10
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势10-12
• 1.2.1 国内外研究现状10-12
• 1.2.2 发展趋势12
• 1.3 非接触式机械密封12-14
• 1.4 磁场力的应用14-16
• 1.4.1 磁场力的分类14-15
• 1.4.2 接触式磁力密封15-16
• 1.5 本课题的主要研究内容16-18
• 2 非接触式磁力密封原理和密封端面磁场分析18-37
• 2.1 非接触式磁力密封工作原理18-22
• 2.2 平行平面液膜特性研究22-25
• 2.2.1 流体力学简介22-23
• 2.2.2 平行端面间流体控制方程23-24
• 2.2.3 平行端面间液膜特性参数24-25
• 2.3 电磁场的基本理论25-29
• 2.3.1 基本磁场物理量25-26
• 2.3.2 右手定则和左手定则26-27
• 2.3.3 麦克斯韦方程组27-28
• 2.3.4 磁路分析的基本原理28-29
• 2.4 密封端面磁路的分析和电磁力的计算29-35
• 2.4.1 磁感应强度的计算29-33
• 2.4.2 密封端面电磁力的计算33-35
• 2.5 本章小结35-37
• 3 密封结构设计37-47
• 3.1 控制系统的设计37-40
• 3.1.1 传感器的选择37-38
• 3.1.2 控制器的选择38-40
• 3.1.3 功率放大器的选择40
• 3.2 线圈的选择和设计40-41
• 3.3 密封材料的选择41-44
• 3.3.1 磁性材料的磁化曲线和磁滞回线42-43
• 3.3.2 密封副材料的选择43-44
• 3.4 端面密封副的结构设计44-46
• 3.5 本章小结46-47
• 4 密封性能分析和计算47-61
• 4.1 端面作用力分析和计算47
• 4.2 基于 ANSYS 电磁场有限元仿真分析47-58
• 4.2.1 有限元分析法47-48
• 4.2.2 ANSYS 软件介绍48-49
• 4.2.3 ANSYS 二维仿真49-58
• 4.3 间隙刚度58-59
• 4.4 泄漏量59-60
• 4.5 本章小结60-61
• 5 总结与展望61-63
• 5.1 总结61-62
• 5.2 展望62-63
• 参考文献63-65
• 致谢65-66

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