【摘要】：動壓型機(jī)械密封雖然具有潤滑性能好、溫升小、使用壽命長等優(yōu)勢,但是對于微米級的密封間隙而言,密封端面的微小變形都可能造成潤滑膜和密封性能的顯著變化,嚴(yán)重時還會導(dǎo)致潤滑狀態(tài)惡化甚至密封失效。因此,本文在研究動壓型液體機(jī)械密封結(jié)構(gòu)參數(shù)對密封端面變形及密封性能影響規(guī)律的基礎(chǔ)上,利用多目標(biāo)優(yōu)化算法對密封性能進(jìn)行優(yōu)化研究。具體研究工作及結(jié)論如下:1、建立了適用于動壓型液體機(jī)械密封的流固耦合計算模型,并驗證了計算模型的正確性。2、利用所建立的計算模型對密封環(huán)及液膜進(jìn)行流固耦合數(shù)值模擬分析,得到了載荷系數(shù)、厚徑比、彈簧安放直徑和彈簧比壓等結(jié)構(gòu)參數(shù)對端面變形以及密封性能的影響規(guī)律。研究表明:考慮流固耦合作用時結(jié)構(gòu)參數(shù)變化引起的密封性能參數(shù)變化量均大于不考慮流固耦合作用的變化量;動靜環(huán)端面變形及應(yīng)力值隨著載荷系數(shù)、厚徑比的增大而減小,隨著彈簧安放直徑、彈簧比壓的增大而增大;密封端面變形及應(yīng)力較大的區(qū)域都位于螺旋槽區(qū)域;密封性能參數(shù)值隨厚徑比的增大而減小,隨彈簧安放直徑、彈簧比壓的增大而增大,而隨載荷系數(shù)的增大呈明顯的先減小后增大規(guī)律;分析表明,厚徑比對密封性能的影響的程度最大,載荷系數(shù)對密封性能參數(shù)的影響較為復(fù)雜且影響也比較大。3、根據(jù)結(jié)構(gòu)參數(shù)對變形及密封性能影響的研究結(jié)果和端面微造型參數(shù)對密封性能影響的已有研究成果,確定載荷系數(shù)、厚徑比、槽深和螺旋角作為優(yōu)化變量,以泄漏量和液膜剛度為優(yōu)化目標(biāo),通過多元回歸分析法建立了優(yōu)化變量與優(yōu)化目標(biāo)之間的擬合方程,并分析了優(yōu)化變量間的交互關(guān)系對密封性能的影響。4、建立了考慮基于流固耦合的動壓型機(jī)械密封的多目標(biāo)優(yōu)化研究方法。通過均勻試驗設(shè)計方法并利用DPS數(shù)據(jù)統(tǒng)計系統(tǒng)得到50組樣本點,利用Workbench平臺對試驗點進(jìn)行數(shù)值模擬計算并建立數(shù)據(jù)庫。根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中個物理層合理設(shè)置參數(shù),建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并獲得優(yōu)化變量變量與優(yōu)化目標(biāo)目標(biāo)之間的擬合函數(shù),利用MATLAB優(yōu)化工具箱對其進(jìn)行多目標(biāo)尋優(yōu)得到Pareto前沿解集。從Pareto解集中選擇兩組優(yōu)化方案進(jìn)行數(shù)值模擬計算并與原始模型進(jìn)行對比,結(jié)果表明兩組優(yōu)化方案的液膜剛度分別比原始模型提高了8%、12.6%,泄漏量分別比原始模型降低了10%、11.6%,并對優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行了試驗驗證。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TH136
【圖文】：

究背景及意義械密封是流體輸送旋轉(zhuǎn)設(shè)備中的關(guān)鍵部件，廣泛應(yīng)用于石油化工、航空域，其典型結(jié)構(gòu)如圖 1.1 所示[1]。據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)石化行業(yè)煉油泵中機(jī)械經(jīng)超過了 85%，一般場合使用的機(jī)械密封多為接觸式密封，其原理是在元件提供的預(yù)緊力作用下使得密封端面緊密壓合而達(dá)到防止泄漏的目的封往往因存在斷面固體接觸而溫升較大，特別是在高壓、高轉(zhuǎn)速場合端顯，從而導(dǎo)致端面變形、磨損、甚至熱裂等，使用壽命縮短難以滿足工，端面全流體潤滑、溫升小、磨損小的高性能非接觸式機(jī)械密封應(yīng)運泛的關(guān)注和研究開發(fā)[2]。動壓型機(jī)械密封作為非接觸式機(jī)械密封的典型通過密封端面微造型使密封在運轉(zhuǎn)過程中形成動壓效應(yīng)，提升間隙流使開啟力與彈性元件和介質(zhì)壓力在動靜環(huán)端面產(chǎn)生的閉合力維持動態(tài)平到全流體潤滑目的。

二章 液體動壓型機(jī)械密封流固耦合計算模型動壓型機(jī)械密封結(jié)構(gòu)參數(shù)與密封端面變形及密封性能的影響關(guān)系密封的結(jié)構(gòu)、工作原理及流固耦合理論建立計算模型。本章將在，分析建立動壓型機(jī)械密封流固耦合計算模型，并利用相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行驗證，為后續(xù)研究奠定基礎(chǔ)。機(jī)械密封結(jié)構(gòu)及性能參數(shù)械密封[29]是一種典型的非接觸式機(jī)械密封，本文以上游泵送機(jī)理是通過螺旋槽的泵送效應(yīng)抵消密封介質(zhì)的壓差效應(yīng)，減少密封泄漏，同時利用螺旋槽產(chǎn)生的動壓效應(yīng)增大液膜開啟力，使密封，從而減少摩擦，改善潤滑條件。圖 2.1 為上游泵送機(jī)械密封結(jié)

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本文編號：2734978