非接触式中间旋转环机械密封传热特性及端面热变形研究

发布时间：2017-08-16 00:15

  本文关键词：非接触式中间旋转环机械密封传热特性及端面热变形研究

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【摘要】：随着工业进程的不断发展，高速机组轴端密封稳定性问题始终是亟待解决的难题。高速状态下，端面温升引起的端面变形始终是制约机械密封稳定性的关键因素。发展新型机械密封是保证设备长时间连续运转的迫切要求。本文研究对象为一种新型机械密封，其特征在于在动环与静环之间加入不依赖主轴旋转的中间环，根据流体动压效应，在动环端面与中间环端面分别开有螺旋槽以实现非接触。 本文通过对该种非接触式中间旋转环机械密封传热特性的计算研究，得出了液膜摩擦热、摩擦热分配系数、对流换热系数随液膜厚度及中间环转速的变化规律，并以此为基础，利用COMSOLMultiphysics有限元数值计算软件对动环、中间环、静环的温度场及热变形进行了深入的研究，得出了温度分布规律及热变形影响因素。通过对非接触式中间旋转环机械密封传热特性及热变形的研究，力图为此种机械密封的设计和应用提供一定的理论依据。 通过对所建有限元理论模型的研究，本文主要结论如下： 1．传热特性方面：由密封环、介质、液膜组成的传热系统的传热特性受液膜厚度及中间环转速影响明显，，适当增加液膜厚度和控制中间环的转速，可减小液膜摩擦热。 2.温度分布方面：密封环温度分布除受液膜摩擦热和对流换热系数影响外，密封环的结构尺寸和材料属性对密封环温度分布同样有较大影响，随密封环材料导热系数或密封环轴向长度的增加，密封环端面温度逐渐降低；密封环端面最高温度出现于密封环端面内径处，在端面径向温度逐渐降低。 3.热变形方面：受约束条件限制，静环热变形量要明显大于动环与中间环热变形量，在对非接触式中间旋转环机械密封设计时，要着重考虑对静环的优化设计。受温度分布的影响，密封副端面由于热变形形成收敛形间隙。液膜厚度、中间环转速及材料属性对密封环热变形影响明显，采用导热系数大、热膨胀系数小的密封材料可减小端面热变形。 通过与接触式机械密封与传统（动环、静环）非接触式机械密封对比，验证了非接触式中间旋转环机械密封在控制端面温升和减小端面热变形方面具有明显优势。
【关键词】：机械密封 中间旋转环 传热特性 温度场 热变形 COMSOL
【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
• Abstract5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 课题研究的目的和意义10-12
• 1.2 机械密封发展历史与研究现状12
• 1.3 机械密封温度场研究进展12-15
• 1.3.1 国外研究进展12-13
• 1.3.2 国内研究进展13-15
• 1.4 机械密封热变形研究进展15-16
• 1.4.1 国外研究进展15
• 1.4.2 国内研究进展15-16
• 1.5 课题研究主要内容及技术路线16-17
• 1.6 本章小结17-18
• 2 机械密封基本原理18-27
• 2.1 机械密封基本结构18-20
• 2.1.1 中间旋转环机械密封基本结构19-20
• 2.2 非接触式机械密封20-23
• 2.2.1 流体静压型机械密封20-21
• 2.2.2 流体动压型机械密封21-23
• 2.3 中间旋转环机械密封主要参数23-26
• 2.3.1 几何参数23-25
• 2.3.2 力学参数25
• 2.3.3 性能参数25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 3 中间旋转环机械密封传热特性研究27-35
• 3.1 中间旋转环机械密封中的热量平衡27-28
• 3.2 液膜摩擦热28-29
• 3.3 介质循环量29-30
• 3.4 摩擦热分配系数30-32
• 3.5 对流换热系数32-33
• 3.6 密封环端面平均温度33-34
• 3.7 本章小结34-35
• 4 中间旋转环机械密封传热特性分析结果35-61
• 4.1 COMSOL Multiphysics 软件介绍35-36
• 4.1.1 COMSOL Multiphysics 模块介绍35-36
• 4.2 稳态热分析介绍36-38
• 4.2.1 热分析中的传热现象36-38
• 4.3 理论模型38-42
• 4.3.1 参数设置39-41
• 4.3.2 边界条件41
• 4.3.3 建立模型及网格划分41-42
• 4.4 传热特性分析结果42-57
• 4.4.1 液膜摩擦热42-44
• 4.4.2 对流换热系数44-46
• 4.4.3 摩擦热分配系数46-47
• 4.4.4 密封环温度场47-57
• 4.5 不同形式机械密封端面温度对比57-59
• 4.6 本章小结59-61
• 5 中间旋转环机械密封端面热变形分析61-78
• 5.1 静环热变形分析61-63
• 5.2 中间环热变形分析63-65
• 5.3 动环热变形分析65-66
• 5.4 密封环热变形对比66-67
• 5.5 热变形影响因素分析67-76
• 5.5.1 操作参数影响68-73
• 5.5.2 材料属性影响73-75
• 5.5.3 几何参数影响75-76
• 5.6 不同形式机械密封端面热变形对比76
• 5.7 本章小结76-78
• 结论78-80
• 参考文献80-83
• 附录 A 主要符号说明83-84
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果84-85
• 致谢85-86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：680575