船用机械密封环振动问题的研究

论文摘要

机械密封技术一直是我国的重点研究课题之一,对它的研究涉及结构力学、接触力学、摩擦学、流体润滑理论、传热学等诸多方面问题。目前,国内外对机械密封研究的有些方面还并不深入,例如密封端面力变形、热变形、端面瞬态传热特性、端面液膜粘温特性等等问题,而对机械密封振动问题的研究则更少。由于外界因素的影响或自身条件的变化,运行中的机械密封环将产生振动,振动的结果会使端面磨损加剧或泄漏量增加,甚至会使密封系统遭到破坏,而评价机械密封系统的性能指标正是泄漏量和使用寿命。基于密封环振动对密封系统的重大影响,对运行中机械密封环振动问题的研究尤为关键。1)分析了机械密封系统的基本组成和密封环的受力情况,并初步对端面液膜压力、接触压力、泄漏量等进行了计算方程的推导。2)通过分析密封环的运动特点,建立了密封环平稳运行模型；在对密封环轴向振动研究的基础上,考虑密封环的旋动和摆动,建立了密封环耦合振动运动模型,并推导了密封环所受力和力矩以及泄漏量的计算方程；通过对其耦合振动方程的编程求解,得到了密封环端面某时刻液膜厚度分布、液膜压力分布和接触压力分布情况,还得到了密封环端面不同半径处随时间变化的液膜压力曲线；最后分析了密封环振动对系统泄漏量的影响。3)根据密封环耦合振动的运动方程,分析了弹簧刚度、端面夹角、内径压力和外径压力对密封性能和系统寿命的影响;当弹簧刚度取四个不同值时,经过编程运算,得到了密封环的位移和速度、端面液膜压力、接触压力、泄漏量的变化情况,并分析了弹簧刚度变化对密封性能的影响,同理,分析了端面夹角、内径压力和外径压力对密封系统振动和密封性能的影响；通过对弹簧刚度、端面夹角、内径压力和外径压力四个密封系统振动影响因素的研究,分析了本文密封系统的稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 研究问题的提出
• 1.3 机械密封相关理论的研究现状
• 1.3.1 密封环端面摩擦的研究现状
• 1.3.2 密封环端面润滑的研究现状
• 1.3.3 密封系统振动的研究现状
• 1.3.4 密封系统稳定性的研究现状
• 1.4 本论文研究的主要内容、关键问题和研究方法
• 第2章 机械密封系统分析
• 2.1 密封系统组件的分析
• 2.1.1 动环和静环分析
• 2.1.2 密封介质分析
• 2.1.3 系统弹簧分析
• 2.2 机械密封环的受力分析
• 2.2.1 机械密封环不同运行状态的受力分析
• 2.2.2 密封环端面的受力平衡分析
• 2.3 机械密封端面液膜压力的分析
• 2.3.1 密封端面润滑理论分析
• 2.3.2 端面间节点处液膜压力
• 2.3.3 端面间节点处液膜力和总液膜力
• 2.4 端面间接触压力和接触力分析
• 2.5 机械密封泄漏问题的分析和计算
• 2.5.1 密封泄漏问题分析
• 2.5.2 密封泄漏量的表示方程
• 2.6 本章小结
• 第3章 机械密封环动态特性分析
• 3.1 密封环的振动特点
• 3.1.1 密封环的轴向振动
• 3.1.2 密封环的耦合振动
• 3.2 密封环耦合振动中的参数分析
• 3.2.1 端面液膜厚度的求解方程
• 3.2.2 端面液膜压力和总液膜力的求解方程
• 3.2.3 端面液膜轴向和转动方向刚度和阻尼的关系方程
• 3.2.4 端面接触压力和接触力的求解方程
• 3.2.5 端面泄漏量的求解方程
• 3.3 密封环耦合振动的求解方程和编程计算
• 3.3.1 耦合振动的求解方程
• 3.3.2 耦合振动的编程求解及结果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 机械密封环振动影响因素和稳定性分析
• 4.1 弹簧刚度变化对振动的影响
• 4.1.1 轴向位移和速度的变化
• 4.1.2 偏摆角度和角速度的变化
• 4.1.3 端面特定位置液膜压力的变化
• 4.1.4 端面总的液膜力和接触力的变化
• 4.1.5 端面泄漏量的变化
• 4.1.6 变弹簧刚度密封系统的稳定性
• 4.2 端面夹角变化对振动的影响
• 4.2.1 轴向位移和速度的变化
• 4.2.2 端面特定位置液膜压力的变化
• 4.2.3 端面总的液膜力和接触力的变化
• 4.2.4 端面泄漏量的变化
• 4.2.5 变端面夹角密封系统的稳定性
• 4.3 端面内径处压力变化对振动的影响
• 4.3.1 轴向位移和速度的变化
• 4.3.2 端面特定位置液膜压力的变化
• 4.3.3 端面总的液膜力和接触力的变化
• 4.3.4 端面泄漏量的变化
• 4.3.5 变内径压力密封系统的稳定性
• 4.4 端面外径处压力对振动的影响
• 4.4.1 轴向位移和速度的变化
• 4.4.2 端面特定位置液膜压力的变化
• 4.4.3 端面总的接触力的变化
• 4.4.4 端面泄漏量的变化
• 4.4.5 变外径压力密封系统的稳定性
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文