發(fā)布時間：2018-04-06 21:30

  本文選題：軸向柱塞泵　切入點：機械密封　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：機械密封是一種常見的動密封形式,作為液壓元件中重要的基礎(chǔ)組件,具有穩(wěn)定、耐久、應(yīng)用范圍廣的優(yōu)點,因此被廣泛應(yīng)用在液壓泵中。煤油介質(zhì)軸向柱塞泵是航天液壓系統(tǒng)中的關(guān)鍵動力元件,其可靠性與工作壽命對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全有決定性影響,其軸尾處機械密封是柱塞泵抵抗內(nèi)部高壓煤油泄漏的重要裝置,由于煤油的低粘度特性,機械密封副端面往往難以建立穩(wěn)定的液膜,這會導(dǎo)致泵體發(fā)生泄漏超標(biāo)與轉(zhuǎn)矩超差問題,嚴(yán)重影響柱塞泵的工作壽命與可靠性。因此研究煤油泵機械密封副的泄漏與摩擦問題對保證柱塞泵正常運轉(zhuǎn),提高泵體性能有重要的現(xiàn)實意義。機械密封副的泄漏與摩擦問題主要受密封端面特性影響,本文選取重要的四組特性進(jìn)行研究,即端面的應(yīng)力變形特性、傳熱特性、液膜泄漏特性與摩擦磨損特性,從各特性對應(yīng)的基礎(chǔ)理論出發(fā),建立研究模型,完成理論推導(dǎo),得到影響泄漏與摩擦指標(biāo)的參數(shù)間關(guān)系,通過結(jié)構(gòu)與材料的多方位研究,來尋求降低泄漏量、提升摩擦性能的方法,并對機械密封進(jìn)行了摩擦轉(zhuǎn)矩的整泵測試。首先,給出了各特性分析的彈性力學(xué)模型、熱力學(xué)模型、流體力學(xué)模型和基本磨損模型,得到端面徑向位移、腔體流速、泄漏量與體積磨損度等關(guān)鍵參數(shù)的表達(dá)關(guān)系,為進(jìn)一步研究作理論基礎(chǔ)。其次,從機械密封專有的f G特性出發(fā),利用仿真手段,依次得到了不同密封壓差、不同腔體流速、不同配偶材料下的端面力變形、熱變形,從而綜合得到了不同參數(shù)控制下的液膜間隙形式,利用CFD軟件對各間隙形式的泄漏量進(jìn)行了計算,分析了結(jié)構(gòu)與材料參數(shù)對泄漏量的影響,驗證了泄漏指標(biāo)。然后,分別選擇具有代表性的3組端面軟材料與硬材料,通過摩擦學(xué)試驗得到了材料屬性、端面粗糙度對摩擦系數(shù)、端面溫升的影響;利用原子力顯微鏡(AFM)對試驗前后的試件表面進(jìn)行分析,通過統(tǒng)計學(xué)方法求解了單區(qū)域高度分布函數(shù),得到了不同組合配對材料的單磨粒磨損體積與黏著磨損厚度。最后,總結(jié)得到的特性結(jié)果,加工多尺寸、材料的密封環(huán),在煤油泵試驗臺上,對改進(jìn)的整泵進(jìn)行摩擦轉(zhuǎn)矩試驗,比較了不同軸向尺寸與配對材料對轉(zhuǎn)矩的影響,對轉(zhuǎn)矩指標(biāo)進(jìn)行了驗證。
[Abstract]:Mechanical seal is a common type of dynamic seal. As an important basic component of hydraulic components, mechanical seal has the advantages of stability, durability and wide application, so it is widely used in hydraulic pump.Kerosene medium axial piston pump is a key power element in aerospace hydraulic system. Its reliability and working life have a decisive effect on the stability and safety of the whole system.Mechanical seal at shaft and tail is an important device for piston pump to resist internal high pressure kerosene leakage. Because of the low viscosity of kerosene, it is often difficult to establish stable liquid film on the end surface of mechanical seal pair.This will lead to excessive leakage and torque deviation of pump body, which seriously affects the working life and reliability of piston pump.Therefore, it is of great practical significance to study the leakage and friction of the mechanical seal pair of coal oil pump to ensure the normal operation of the piston pump and to improve the performance of the pump body.The leakage and friction of the mechanical seal pair are mainly affected by the seal end surface characteristics. In this paper, four important characteristics are selected to study, namely, the stress and deformation characteristics of the end face, heat transfer characteristics, liquid film leakage characteristics and friction and wear characteristics.Starting from the basic theory corresponding to each characteristic, the research model is established, the theoretical derivation is completed, and the relationship between the parameters affecting the leakage and friction index is obtained. Through the multi-directional study of the structure and the material, the leakage rate is reduced.The friction torque of the mechanical seal was tested by the whole pump.Firstly, the elastic mechanics model, thermodynamic model, hydrodynamic model and basic wear model are given, and the expression relations of the key parameters, such as the radial displacement of the end face, the velocity of the cavity, the leakage rate and the volume wear degree, are obtained.It is a theoretical basis for further research.Secondly, according to the special f / G characteristic of mechanical seal, by means of simulation, the different seal pressure difference, different chamber velocity, end face force deformation and thermal deformation under different spouse materials are obtained in turn.Thus, the liquid film clearance forms controlled by different parameters are synthetically obtained, the leakage volume of each gap form is calculated by using CFD software, the influence of structure and material parameters on the leakage rate is analyzed, and the leakage index is verified.Then, three groups of representative soft end materials and hard materials are selected, and the effects of material properties and end roughness on friction coefficient and end surface temperature rise are obtained by tribological test.Atomic force microscope (AFM) was used to analyze the surface of the specimen before and after the experiment. The single area height distribution function was solved by statistical method. The wear volume and thickness of the single abrasive particles of different combinations of matched materials were obtained.Finally, the characteristic results obtained are summarized. The friction torque test of the improved whole pump is carried out on the coal oil pump test-bed, and the effects of different axial dimensions and matched materials on the torque are compared.The torque index is verified.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TH137.51

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本文編號：1719006