本文選題：機械密封 + 熱力耦合��； 參考：《浙江工業(yè)大學(xué)》2016年碩士論文

【摘要】：潛水器等深海作業(yè)設(shè)備用機械密封端面熱力變形隨水深的不同而不同,且存在復(fù)雜的熱力耦合作用。過大的端面變形會影響密封性能及其使用壽命,甚至?xí)：Φ讲俪巳藛T的生命安全。對接觸式機械密封進行熱力耦合變形分析,能有效地對密封端面變形進行預(yù)測和評估,有助于研究機械密封端面變形控制的方法以及促進深海機械密封的發(fā)展與應(yīng)用。本文以深海作業(yè)裝備用機械密封為研究對象,綜合考慮密封環(huán)熱力變形、潤滑液膜壓力分布和粘溫特性等之間的耦合關(guān)系,通過建立接觸式機械密封的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)軸對稱模型,研究穩(wěn)態(tài)密封性能和瞬態(tài)密封性能演化規(guī)律,為機械密封環(huán)的變形控制提供了方法。主要工作和結(jié)果如下:考慮密封端面的熱、力變形和液膜溫度、厚度等之間的耦合關(guān)系,建立了機械密封穩(wěn)態(tài)熱力耦合模型,分析了密封端面的變形規(guī)律,研究了密封壓力和轉(zhuǎn)速對端面熱力變形和密封性能的影響;通過建立機械密封啟動瞬態(tài)工況下的熱力耦合模型,研究了等壓啟動和變壓啟動兩種工況條件下密封環(huán)端面變形和密封間隙的變化規(guī)律,分析了各性能參數(shù)的演化規(guī)律;在穩(wěn)態(tài)熱力耦合模型的基礎(chǔ)上考慮端面磨損的影響,建立機械密封端面磨損的數(shù)學(xué)模型,研究了端面磨合過程中密封間隙和動環(huán)端面形狀的演變規(guī)律,分析了密封端面熱力變形、液膜厚度和泄漏率等的變化規(guī)律;基于密封端面熱力耦合變形,研究了密封環(huán)結(jié)構(gòu)尺寸對端面變形的影響規(guī)律,重點探究了“尾部支撐”軸向長度和動環(huán)端面力變形之間的關(guān)系,提出了通過控制動環(huán)力變形改變其錐度進而實現(xiàn)動靜環(huán)端面相對零變形的方法。結(jié)果表明,在穩(wěn)態(tài)工況下,密封端面熱、力變形沿徑向呈近似線性分布,并非呈完全線性分布;力變形引起動環(huán)端面形成發(fā)散錐形,熱變形形成收斂錐形,綜合效果為形成收斂狀錐形間隙;啟動瞬態(tài)工況下,隨時間的增加,端面間隙由發(fā)散型轉(zhuǎn)變?yōu)槭諗啃?在端面磨合過程中,密封間隙逐漸由收斂型轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫行?且磨損后動環(huán)的幾何形貌由靜環(huán)熱力變形后的形貌所決定;通過設(shè)計合理的動環(huán)結(jié)構(gòu)尺寸控制端面力變形,可獲得穩(wěn)態(tài)工況下近似平行狀的密封間隙。論文模型和相關(guān)結(jié)論可用于指導(dǎo)機械密封的失效分析和密封環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
[Abstract]:The thermal deformation of mechanical seal end surface for deep-sea operation equipment such as submersible varies with the depth of water, and there are complex thermodynamic coupling effects. Excessive end face deformation will affect the sealing performance and service life, and even endanger the safety of crew. The thermo-mechanical coupling deformation analysis of contact mechanical seal can effectively predict and evaluate the end face deformation of mechanical seal. It is helpful to study the control method of mechanical seal end face and to promote the development and application of deep-sea mechanical seal. In this paper, the mechanical seal used in deep-sea operation equipment is taken as the research object, and the coupling relations between the thermal deformation of seal ring, the pressure distribution of lubricating liquid film and the characteristics of viscosity and temperature are considered synthetically, and the steady and transient axisymmetric models of contact mechanical seal are established. The evolution law of steady seal performance and transient seal performance is studied, which provides a method for deformation control of mechanical seal ring. The main work and results are as follows: considering the coupling relations between heat, force deformation and liquid film temperature and thickness of the seal end face, a mechanical seal steady state thermodynamic coupling model is established, and the deformation law of the seal end face is analyzed. The effects of seal pressure and rotational speed on the thermal deformation and sealing performance of the end face are studied. The variation law of the end face deformation and seal clearance of the seal ring under the condition of constant pressure start-up and variable pressure start are studied, and the evolution law of each performance parameter is analyzed, and the effect of end surface wear is considered on the basis of the steady state thermodynamic coupling model. The mathematical model of the end face wear of mechanical seal is established. The evolution law of the seal clearance and the shape of the moving ring end face during the running-in process of the end face is studied, and the variation law of the thermal deformation, the thickness of liquid film and the leakage rate of the seal end face are analyzed. Based on the thermo-mechanical coupling deformation of the seal end face, the influence of the structure size of the seal ring on the end face deformation is studied, and the relationship between the axial length of the "tail support" and the force deformation of the moving ring end face is studied. A method is proposed to realize the relative zero deformation of the end surface of the dynamic ring by changing the taper of the dynamic ring by controlling the force deformation of the moving ring. The results show that under the steady state condition, the thermal and force deformation of the seal face is approximately linear distribution along the radial direction, but not completely linear distribution, and the end surface of the dynamic ring formed divergent cones due to the force deformation, and the thermal deformation formed a convergent cone. The synthetic effect is to form a convergent cone clearance; under start-up transient conditions, the end gap changes from divergent to convergent with the increase of time; during the end face running-in, the seal clearance gradually changes from convergent to parallel. The geometric morphology of the motion ring after wear is determined by the shape of the static ring after thermal deformation, and the close parallel seal clearance can be obtained by designing the reasonable structure size of the moving ring to control the deformation of the end face force. The model and related conclusions can be used to guide the failure analysis of mechanical seals and the structural design of sealing rings.
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P754

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本文編號：1830139