机械密封端面应力数值分析研究

论文摘要

接触式机械密封是机械密封中常见的类型,但在实际使用过程中,经常会发现接触式机械密封的密封环端面磨损不均匀,一些靠内径处磨损较大,另一些靠外径处磨损较大,甚至由于热应力产生热裂,最终导致泄漏量加大甚至出现不安全工况。这些现象主要原因是由于作用于密封环上的温度分布不均匀或受力分布不均匀所产生的。本文针对实际生产中产生的这些情况,基于有限元软件,对机械密封的机械变形和温度变形进行了模拟。首先,利用密封结构的对称性建立有限元模型,分别对动环和静环受力产生的变形和由摩擦热引起的温度场进行了模拟。但是,考虑到在实际使用中,力对结构的和热对结构的影响同时存在,所以对以上求的结果进行了耦合,最终得出接近实际情况的变形量。同时,我们模拟不同转速下的温度场和耦合场的变形量,得出转速对端面温度和端面变形的影响。最后,利用中国石油大学机械密封实验室的试验设备对以上结果进行了试验研究。通过实验,对比了模拟泄漏量和实际泄漏量的大小。试验结果表明,本文模拟结果基本正确,同时分析了与实验数据不完全相同的原因。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 研究背景
• 1.2 机械密封研究现状
• 1.2.1 机械密封的产生及发展背景
• 1.2.2 机械密封机理研究支持
• 1.2.3 机械密封端面研究
• 第二章 力和温度对机械密封影响的理论基础
• 2.1 机械密封的主要参数
• 2.1.1 几何参数
• 2.1.2 力学参数
• 2.1.3 性能参数
• 第三章 机械密封力和温度场的研究
• 3.1 力对结构影响
• 3.1.1 边界条件的确立
• 3.1.2 力对结构的数值模拟结果及分析
• 3.2 温度场的模拟
• 3.2.1 边界条件的确立
• 3.2.2 对温度场的模拟结果及分析
• 3.2.3 动静环其他参数的分布
• 第四章 机械密封力和温度耦合对变形的影响
• 4.1 热应力分布
• 4.2 热应力引起的变形
• 第五章 机械密封实验研究
• 5.1 试验台的结构
• 5.2 试验台参数的测量
• 5.2.1 实验设备的技术指标参数
• 5.2.2 试验仪器的测量参数
• 5.3 实验步骤
• 5.4 模拟与实际对比
• 5.4.1 模拟泄露量得计算
• 5.4.2 对比两种泄漏量并分析
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 详细摘要