高参数下端面弧形浅槽机械密封的变形及控制研究

论文摘要

机械密封是旋转流体机械的关键部件之一,广泛应用于离心泵、压缩机、反应釜等需要严格控制泄漏量的场合。随着工业的高速发展,密封的工作状况趋于高温、高速和高压,在实际运行中,不可避免地会出现密封失效,而造成其失效的原因很多,密封端面变形就是主要原因之一。高压下,端面弧形浅槽机械密封在运行时,由于受到力和热等载荷作用,密封环不可避免地要发生变形,使泄漏量增加、端面发生点接触或线接触等,最终导致密封失效。因此,有必要对其变形情况进行研究。本文利用FORTRAN语言编制有限元程序求解混合润滑状态下的雷诺方程,得出了弧形浅槽机械密封稳态下端面间的压力分布,在此基础上,应用有限元分析软件ANSYS10.0计算了稳态密封环温度场、密封环的力变形、热变形和力热耦合变形。通过分析对比相同工况下端面弧形浅槽机械密封与普通机械密封的温度场及变形情况,发现端面弧形浅槽机械密封能明显降低密封端面温度,减小密封环的变形,性能更优越。此外,本文还研究了密封介质压力、主轴转速、密封环材料、冲洗等因素对端面弧形浅槽机械密封密封环温度场及变形的影响;分析了密封环变形后密封的泄漏量及密封环磨损状况。在此基础上提出了控制变形的方法,对端面弧形浅槽机械密封的设计起到指导作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 第二章 文献综述
• 2.1 端面弧形浅槽机械密封的简介
• 2.1.1 特殊工况下非接触式机械密封的不足
• 2.1.2 端面弧形浅槽机械密封的机理
• 2.1.3 端面弧形浅槽机械密封的优点
• 2.2 国内外研究现状
• 2.2.1 密封压力场研究进展
• 2.2.2 密封温度场研究进展
• 2.2.3 密封变形研究进展
• 2.2.4 研究现状分析
• 2.3 机械密封变形计算方法
• 2.3.1 二维轴对称问题弹性理论
• 2.3.2 二维轴对称问题的有限元解法
• 2.4 ANSYS 软件简介
• 第三章 端面弧形浅槽机械密封压力场及力变形求解
• 3.1 液膜压力场分布的有限元求解
• 3.1.1 理论计算基本假设
• 3.1.2 理论分析
• 3.1.3 粗糙表面平均雷诺方程的有限元解法
• 3.1.4 端面弧形浅槽机械密封端面压力场计算模型
• 3.1.5 计算结果
• 3.2 端面弧形浅槽机械密封力变形求解
• 3.2.1 端面弧形浅槽机械密封力变形计算模型
• 3.2.2 密封环力变形计算
• 3.2.3 密封环力变形分析
• 3.3 结论
• 第四章 高压下端面弧形浅槽密封温度场及热变形求解
• 4.1 端面弧形浅槽机械密封稳态温度场的求解
• 4.1.1 密封环温度场分析微分方程及基本假设
• 4.1.2 边界条件的确定
• 4.1.3 密封环温度场模型的建立
• 4.1.4 温度场的求解
• 4.1.5 温度场结果分析
• 4.1.6 温度场计算方法实验验证
• 4.2 密封环热变形计算分析
• 4.2.1 ANSYS 软件热变形分析简介
• 4.2.2 模型的建立
• 4.2.3 热变形的求解
• 4.2.4 热变形结果分析
• 4.3 结论
• 第五章 力、热耦合变形计算
• 5.1 力、热耦合变形计算方法
• 5.2 力、热耦合变形求解流程图
• 5.3 力、热耦合变形求解
• 5.3.1 模型的建立
• 5.3.2 边界条件的确定
• 5.3.3 计算结果
• 5.4 耦合变形结果分析
• 5.4.1 密封环端面耦合变形分析
• 5.4.2 端面弧形浅槽机械密封与普通机械密封对比
• 5.4.3 材料对耦合变形的影响
• 5.4.4 介质压力对耦合变形的影响
• 5.4.5 主轴转速对耦合变形的影响
• 5.4.6 冲洗对耦合变形的影响
• 5.4.7 弹簧比压对耦合变形的影响
• 5.5 变形对密封性能的影响
• 5.5.1 密封端面变形对泄漏量的影响
• 5.5.2 变形对密封环磨损的影响
• 5.6 端面弧形浅槽机械密封变形控制措施
• 5.6.1 密封环变形的控制原则—平行面原则
• 5.6.2 端面弧形浅槽机械密封变形控制措施
• 5.6.3 密封环变形协调的方法和步骤
• 5.7 结论
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢