本文關(guān)鍵詞：非接觸式中間旋轉(zhuǎn)環(huán)機(jī)械密封傳熱特性及端面熱變形研究

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【摘要】：隨著工業(yè)進(jìn)程的不斷發(fā)展，高速機(jī)組軸端密封穩(wěn)定性問題始終是亟待解決的難題。高速狀態(tài)下，端面溫升引起的端面變形始終是制約機(jī)械密封穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。發(fā)展新型機(jī)械密封是保證設(shè)備長時間連續(xù)運轉(zhuǎn)的迫切要求。本文研究對象為一種新型機(jī)械密封，其特征在于在動環(huán)與靜環(huán)之間加入不依賴主軸旋轉(zhuǎn)的中間環(huán)，根據(jù)流體動壓效應(yīng)，在動環(huán)端面與中間環(huán)端面分別開有螺旋槽以實現(xiàn)非接觸。 本文通過對該種非接觸式中間旋轉(zhuǎn)環(huán)機(jī)械密封傳熱特性的計算研究，得出了液膜摩擦熱、摩擦熱分配系數(shù)、對流換熱系數(shù)隨液膜厚度及中間環(huán)轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律，并以此為基礎(chǔ)，利用COMSOLMultiphysics有限元數(shù)值計算軟件對動環(huán)、中間環(huán)、靜環(huán)的溫度場及熱變形進(jìn)行了深入的研究，得出了溫度分布規(guī)律及熱變形影響因素。通過對非接觸式中間旋轉(zhuǎn)環(huán)機(jī)械密封傳熱特性及熱變形的研究，力圖為此種機(jī)械密封的設(shè)計和應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。 通過對所建有限元理論模型的研究，本文主要結(jié)論如下： 1．傳熱特性方面：由密封環(huán)、介質(zhì)、液膜組成的傳熱系統(tǒng)的傳熱特性受液膜厚度及中間環(huán)轉(zhuǎn)速影響明顯，，適當(dāng)增加液膜厚度和控制中間環(huán)的轉(zhuǎn)速，可減小液膜摩擦熱。 2.溫度分布方面：密封環(huán)溫度分布除受液膜摩擦熱和對流換熱系數(shù)影響外，密封環(huán)的結(jié)構(gòu)尺寸和材料屬性對密封環(huán)溫度分布同樣有較大影響，隨密封環(huán)材料導(dǎo)熱系數(shù)或密封環(huán)軸向長度的增加，密封環(huán)端面溫度逐漸降低；密封環(huán)端面最高溫度出現(xiàn)于密封環(huán)端面內(nèi)徑處，在端面徑向溫度逐漸降低。 3.熱變形方面：受約束條件限制，靜環(huán)熱變形量要明顯大于動環(huán)與中間環(huán)熱變形量，在對非接觸式中間旋轉(zhuǎn)環(huán)機(jī)械密封設(shè)計時，要著重考慮對靜環(huán)的優(yōu)化設(shè)計。受溫度分布的影響，密封副端面由于熱變形形成收斂形間隙。液膜厚度、中間環(huán)轉(zhuǎn)速及材料屬性對密封環(huán)熱變形影響明顯，采用導(dǎo)熱系數(shù)大、熱膨脹系數(shù)小的密封材料可減小端面熱變形。 通過與接觸式機(jī)械密封與傳統(tǒng)（動環(huán)、靜環(huán)）非接觸式機(jī)械密封對比，驗證了非接觸式中間旋轉(zhuǎn)環(huán)機(jī)械密封在控制端面溫升和減小端面熱變形方面具有明顯優(yōu)勢。
【關(guān)鍵詞】：機(jī)械密封 中間旋轉(zhuǎn)環(huán) 傳熱特性 溫度場 熱變形 COMSOL
【學(xué)位授予單位】：西華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TH136
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-18
• 1.1 課題研究的目的和意義10-12
• 1.2 機(jī)械密封發(fā)展歷史與研究現(xiàn)狀12
• 1.3 機(jī)械密封溫度場研究進(jìn)展12-15
• 1.3.1 國外研究進(jìn)展12-13
• 1.3.2 國內(nèi)研究進(jìn)展13-15
• 1.4 機(jī)械密封熱變形研究進(jìn)展15-16
• 1.4.1 國外研究進(jìn)展15
• 1.4.2 國內(nèi)研究進(jìn)展15-16
• 1.5 課題研究主要內(nèi)容及技術(shù)路線16-17
• 1.6 本章小結(jié)17-18
• 2 機(jī)械密封基本原理18-27
• 2.1 機(jī)械密封基本結(jié)構(gòu)18-20
• 2.1.1 中間旋轉(zhuǎn)環(huán)機(jī)械密封基本結(jié)構(gòu)19-20
• 2.2 非接觸式機(jī)械密封20-23
• 2.2.1 流體靜壓型機(jī)械密封20-21
• 2.2.2 流體動壓型機(jī)械密封21-23
• 2.3 中間旋轉(zhuǎn)環(huán)機(jī)械密封主要參數(shù)23-26
• 2.3.1 幾何參數(shù)23-25
• 2.3.2 力學(xué)參數(shù)25
• 2.3.3 性能參數(shù)25-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 3 中間旋轉(zhuǎn)環(huán)機(jī)械密封傳熱特性研究27-35
• 3.1 中間旋轉(zhuǎn)環(huán)機(jī)械密封中的熱量平衡27-28
• 3.2 液膜摩擦熱28-29
• 3.3 介質(zhì)循環(huán)量29-30
• 3.4 摩擦熱分配系數(shù)30-32
• 3.5 對流換熱系數(shù)32-33
• 3.6 密封環(huán)端面平均溫度33-34
• 3.7 本章小結(jié)34-35
• 4 中間旋轉(zhuǎn)環(huán)機(jī)械密封傳熱特性分析結(jié)果35-61
• 4.1 COMSOL Multiphysics 軟件介紹35-36
• 4.1.1 COMSOL Multiphysics 模塊介紹35-36
• 4.2 穩(wěn)態(tài)熱分析介紹36-38
• 4.2.1 熱分析中的傳熱現(xiàn)象36-38
• 4.3 理論模型38-42
• 4.3.1 參數(shù)設(shè)置39-41
• 4.3.2 邊界條件41
• 4.3.3 建立模型及網(wǎng)格劃分41-42
• 4.4 傳熱特性分析結(jié)果42-57
• 4.4.1 液膜摩擦熱42-44
• 4.4.2 對流換熱系數(shù)44-46
• 4.4.3 摩擦熱分配系數(shù)46-47
• 4.4.4 密封環(huán)溫度場47-57
• 4.5 不同形式機(jī)械密封端面溫度對比57-59
• 4.6 本章小結(jié)59-61
• 5 中間旋轉(zhuǎn)環(huán)機(jī)械密封端面熱變形分析61-78
• 5.1 靜環(huán)熱變形分析61-63
• 5.2 中間環(huán)熱變形分析63-65
• 5.3 動環(huán)熱變形分析65-66
• 5.4 密封環(huán)熱變形對比66-67
• 5.5 熱變形影響因素分析67-76
• 5.5.1 操作參數(shù)影響68-73
• 5.5.2 材料屬性影響73-75
• 5.5.3 幾何參數(shù)影響75-76
• 5.6 不同形式機(jī)械密封端面熱變形對比76
• 5.7 本章小結(jié)76-78
• 結(jié)論78-80
• 參考文獻(xiàn)80-83
• 附錄 A 主要符號說明83-84
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果84-85
• 致謝85-86

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：680575