端面周向波度式密封特性的研究

论文摘要

端面周向波度式密封是一种非接触机械密封。它具有磨损小、泄漏低和寿命长等优点,因此这种密封被应用于一些要求高压、高转速的重要场合,例如核电站主泵轴密封。目前,在国内有关端面周向波度密封的研究很少。因此,开展端面周向波度式密封特性的研究可以为密封的设计和使用提供理论依据,这具有十分重要的学术及工程意义。根据产生密封环端面上周向波度和径向锥度方式的不同,沿着这个思路,本文将研究内容分为两大部分：(1)加工致端面周向波度式密封的稳态特性研究；(2)变形致端面周向波度式密封的研究。本文的主要研究内容是：建立密封端面间流场的有限元模型,利用Matlab软件编制有限元程序,计算出端面周向波度式密封端面间液膜的压力分布,并且得到密封性能参数。分析了端面周向波度式密封环结构、工作参数以及静态偏斜角对密封性能的影响。本文提出了一种密封环新结构,利用有限元软件Ansys来模拟密封环在实际工况下的变形,并通过密封环静压变形试验验证了所提出的结构是否能达到预期的变形效果。本文以计算流体力学、有限元法为理论依据,通过对端面周向波度式密封稳态特性的研究,计算了开启力、泄漏量等密封性能参数,然后分析、对比了计算结果,并得到了一些影响规律。同时,本文提出了一种可产生端面周向波度的密封环新结构,并从理论和试验上对这种密封环新结构的变形进行了验证。这些研究成果为密封的工程设计及应用提供了理论支持,为以后密封环结构优化和密封性能的提高打下了理论基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题的来源、研究目的及意义
• 1.2 课题研究背景
• 1.3 端面周向波度式密封的结构和工作原理
• 1.4 前人研究成果
• 1.4.1 密封机理的研究进展
• 1.4.2 端面周向波度式密封的研究进展
• 1.4.3 密封端面流场研究方法的发展
• 1.5 本课题的主要研究内容
• 第二章 端面周向波度密封的计算流体力学与理论分析
• 2.1 计算流体力学中的有限元法
• 2.2 数学模型
• 2.2.1 密封环端面结构及相关参数
• 2.3 数值分析
• 2.3.1 稳态无量纲液膜压力微分方程及其边界条件
• 2.3.2 有限元模型的建立
• 2.3.3 有限元法求解液膜压力分布
• 2.3.4 密封性能参数求解
• 2.4 算例验证
• 2.4.1 与文献[29]试验值的比较
• 2.4.2 与Fluent计算值的比较
• 2.5 小结
• 第三章 加工致端面周向波度式密封的稳态特性研究
• 3.1 密封参数对密封性能的影响
• 3.1.1 密封结构参数对密封性能的影响
• 3.1.2 密封工作参数对密封性能的影响
• 3.2 密封环静态偏斜对密封性能的影响
• 3.2.1 整环有限元模型的建立及其膜厚的修正
• 3.2.2 密封环静态偏斜对密封性能的影响
• 3.3 小结
• 第四章 变形致端面周向波度式密封的研究
• 4.1 数学模型
• 4.2 密封环力变形分析
• 4.2.1 Ansys软件对密封环力变形的求解
• 4.2.2 密封环结构参数对密封环力变形的影响
• 4.2.3 不同槽形密封环力变形的比较
• 4.3 密封环稳态温度场的求解
• 4.3.1 简化问题所作的物理假设
• 4.3.2 密封环边界条件的确定及计算
• 4.3.3 Ansys软件对密封环稳态温度场的求解
• 4.4 考虑温度影响的密封环变形分析
• 4.5 变形致周向波度式密封环的静压变形试验
• 4.5.1 试验目的和方案
• 4.5.2 密封环的制造
• 4.5.3 试验结果及讨论
• 4.6 小结
• 第五章 主要结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 需深入开展的工作
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者及导师简介
• 附件