深井工况下机械旋转密封副泄漏分析与试验研究

发布时间：2017-09-16 08:36

  本文关键词：深井工况下机械旋转密封副泄漏分析与试验研究

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【摘要】：油气资源依然是21世纪最重要的能量来源。但是随着对浅层油气资源的不断开发，浅层的油气资源几近枯竭，而剩余的油气资源主要埋藏在深部地层。深部地层环境为高温高压环境，因此抗高温高压、高可靠性、高时效性的密封装置的研究十分重要。而对密封性能的研究直接有效的方法是进行试验，但是高温高压环境难以模拟且试验成本高，因此在高温高压条件下多次重复模拟试验研究缺乏可行性。 本课题基于流体动力学理论和分形接触模型理论，根据密封副所处的深井下的高温高压的工作环境，建立O形密封圈与主轴组成的旋转密封副的泄漏率预测数学模型；同时本课题研究了深井高温高压工况下密封副的泄漏率与密封副的表面形貌、密封副的磨损、主轴的装配同轴度误差和O形密封圈初始尺寸不同时的关系；根据分形理论，使用离散元方法建立O形密封圈与主轴接触的离散元模型；通过离散元软件PFC2D仿真求解出密封副表面形貌参数的变化规律；根据磨损理论，使用有限元方法分别建立深井高温高压工况下密封副的磨损有限元模型、考虑磨损因素时的主轴安装偏心时的密封副接触的有限元模型和O形密封副的初始压缩率不同时的有限元模型，通过有限元软件Ansys仿真求解出由于磨损而导致的密封副最大接触应力和密封副的压力梯度的变化规律，以及由于主轴安装偏心时而导致的密封副最大接触应力和密封副的压力梯度的变化规律和由于O形密封圈的初始压缩率不同时的密封副最大接触应力和密封副的压力梯度的变化规律。将模型的仿真后的计算结果代入密封副泄漏率预测数学模型中，，求解出泄漏率的变化规律。 为了验证计算机仿真建模的正确性，本课题研究设计和搭建机械密封试验装置，同时设计试验装置的硬件系统和软件系统。完成机械试验装置的装配和调试后，通过机械密封试验装置测得密封副表面形貌参数的变化规律和密封泄漏率的变化数值；将机械密封试验装置测得密封副泄漏率数据与计算机仿真计算的密封副的泄漏率数据作对比，验证理论模型的正确性。
【关键词】：泄漏率 高温 高压 旋转密封 密封副形貌 离散元 有限元
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH136
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题背景9-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 密封副性能的国内外研究现状11-12
• 1.2.2 密封副表面形貌模型国内外研究现状12-13
• 1.2.3 测量密封副性能的试验装置国内外研究现状13-14
• 1.3 主要研究内容14-16
• 第2章 深井工况下旋转密封副泄漏预测分析模型16-28
• 2.1 引言16
• 2.2 旋转密封副泄漏分析模型研究和建立的总体方案16-18
• 2.3 密封副表面接触离散元模型的建立18-21
• 2.3.1 密封副分形接触模型的建立18-20
• 2.3.2 细观尺度下密封副接触模型的建立20-21
• 2.4 密封副磨损的有限元模型建立21-22
• 2.5 密封副表面接触有限元模型的建立22-24
• 2.5.1 主轴安装偏心时的密封副接触的有限元模型22-23
• 2.5.2 不同的初始压缩率时密封副接触的有限元模型23-24
• 2.6 建立旋转密封泄漏率预测数学模型24-27
• 2.7 本章小结27-28
• 第3章 深井工况下旋转密封副泄漏模型的仿真分析28-46
• 3.1 引言28
• 3.2 旋转密封副泄漏预测模型仿真分析的总体方案28-29
• 3.3 密封副表面接触离散元模型的仿真分析29-35
• 3.3.1 离散元软件中密封副细观接触模型的建立29-32
• 3.3.2 细观尺度下密封副接触模型摩擦过程的仿真32-33
• 3.3.3 密封副细观接触模型仿真结果分析33-35
• 3.4 密封副磨损模型的有限元仿真35-39
• 3.5 密封副表面接触有限元模型的仿真分析39-45
• 3.5.1 主轴安装偏心时的密封副接触有限元模型的仿真分析39-42
• 3.5.2 初始压缩率不同时的密封副接触有限元模型的仿真分析42-45
• 3.6 本章小结45-46
• 第4章 机械密封试验装置的总体方案设计46-56
• 4.1 引言46
• 4.2 机械密封试验装置的机械结构的设计46-50
• 4.2.1 机械密封试验装置的要求47-48
• 4.2.2 机械密封系统的设计48
• 4.2.3 动力传动系统的设计48-49
• 4.2.4 液压系统的设计49-50
• 4.3 机械密封试验装置数据采集控制部分的设计50-55
• 4.3.1 机械密封试验装置控制系统硬件设计51-53
• 4.3.2 机械密封试验装置数据采集控制系统软件设计53-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第5章 机械密封试验装置性能测试与试验56-61
• 5.1 引言56
• 5.2 机械密封试验装置的装配56-57
• 5.3 数据采集控制系统性能测试57-59
• 5.3.1 数据采集控制系统硬件安装与测试57
• 5.3.2 数据采集控制系统软件测试57-59
• 5.4 试验结果分析59-60
• 5.5 本章小结60-61
• 结论61-62
• 参考文献62-66
• 攻读学位期间发表的学术论文及其他成果66-68
• 致谢68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：862000