激光加工多孔端面機(jī)械密封是一種新型密封,它是在普通機(jī)械密封的端面上加工出微米級的小坑孔,能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸,具有良好的潤滑性能和密封性能。然而,目前對激光加工多孔端面機(jī)械密封的研究很少有文獻(xiàn)報(bào)道。本文通過建立激光加工多孔端面機(jī)械密封的理論分析模型,采用有限差分法求解雷諾方程,獲得在給定工況下泄漏量、摩擦功耗等密封性能參數(shù)數(shù)值,并分析不同微孔深度h_p和微孔密度S_p對其密封性能參數(shù)的影響規(guī)律,得到微孔深度h_p和微孔密度S_p的最佳值。與此同時(shí),進(jìn)一步計(jì)算由多目標(biāo)優(yōu)化方法構(gòu)建的液膜剛度與泄漏量之比——協(xié)調(diào)函數(shù),獲得最佳的端面結(jié)構(gòu)參數(shù)值。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下: 1.建立了激光加工多孔端面機(jī)械密封的流體動力學(xué)分析模型,根據(jù)假設(shè),一個孔欄上的液膜壓力分布可表征整個密封面上的液膜壓力。將參數(shù)進(jìn)行無量綱化,采用有限差分法對激光加工多孔端面機(jī)械密封進(jìn)行了詳盡地分析和參數(shù)研究,并利用VC++、Matlab計(jì)算機(jī)軟件得到了摩擦功耗、泄漏量等密封性能參數(shù)值及剛漏比。 2.對激光加工多孔端面機(jī)械密封的摩擦功耗進(jìn)行了深入研究,理論推導(dǎo)得到了在密封端面間為液體摩擦?xí)r端面間的摩擦功耗表達(dá)式。通過理論計(jì)算,研究了結(jié)構(gòu)參數(shù)對摩擦功耗的影響。結(jié)果表明,在微孔半徑一定時(shí),對微孔深度和微孔密度進(jìn)行優(yōu)化,可使端面間的摩擦功耗最小。 3.理論推導(dǎo)得到了激光加工多孔端面機(jī)械密封的泄漏量計(jì)算公式,并進(jìn)行了理論計(jì)算與分析,結(jié)果表明:微孔深度和微孔密度對密封端面間的泄漏量有很大影響。因此,為了增大密封動壓效應(yīng),降低能耗,減少泄漏量,微孔深度和微孔密度應(yīng)選擇一合適值。 4.通過計(jì)算多目標(biāo)優(yōu)化方法構(gòu)建的液膜剛度與泄漏量之比的協(xié)調(diào)函數(shù),分析得到了最佳的端面結(jié)構(gòu)參數(shù)值,為激光加工多孔端面機(jī)械密封工程優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了可靠的理論依據(jù)。
【學(xué)位單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2009
【中圖分類】：TH16;TN249
【部分圖文】：

Mtlller[62〕提出了一種新結(jié)構(gòu)，采用激光技術(shù)在密封端面上加工出深度為l一10微米的吸入槽和返流泵送槽，稱為“返流泵送(Retum一 flowpumping)”結(jié)構(gòu)，如圖1.11所示，并利用有限單元法分析了密封端面之間流體的流動及壓力分布，同時(shí)對其進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明這種槽型具有較大的承載能力。獷封黔數(shù)渝罕送魂圖1.11具有返流泵送槽的密封端面返流泵送的基本原理是:返流泵送槽和吸入槽收集密封邊緣的液體進(jìn)入密封端面間，在旋轉(zhuǎn)端面的作用下，返流槽又拖曳端面間的液體沿槽邊向密封腔流動。該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)能夠在距離密封腔很近的區(qū)域(最多o.smm)產(chǎn)生附加靜壓力和附加動壓力，使密封端面分離，實(shí)現(xiàn)密封端面之間的非接觸。由于液體由返流泵送槽和吸入槽從密封腔進(jìn)入到端面之間，最后又返流到密封腔，因此叫做“返流泵送”。吸入槽和返流泵送槽可以安置在同一密封面上，也可以分布于相對的兩個密封面上，在后一種情況下返流結(jié)構(gòu)和吸入槽周期性的交迭，可以產(chǎn)生更大的載荷承載能力。返流泵送密封結(jié)構(gòu)具有以下一些優(yōu)點(diǎn):

2.1.1端面微孔機(jī)械密封的典型結(jié)構(gòu)目前常見的端面微孔機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)可分為兩大類:一類是整個靜環(huán)端面或動環(huán)端面均加工微孔，如圖2.1所示;另一類是僅在部分端面加工微孔，如圖2.2所示。獷弄琴了二是沸_姜圖2.1端面全開孔圖2.2端面部分開孔2.1.2端面微孔機(jī)械密封的工作原理密封副的靜環(huán)或動環(huán)上加工出來的每一個微孔像一個微動力潤滑軸承，當(dāng)兩密封端面相對運(yùn)動時(shí)，在孔和孔周圍區(qū)域則產(chǎn)生類似油楔的動壓效應(yīng)，當(dāng)液體動壓力與介質(zhì)壓力共同作用形成的密封開啟力超過閉合力時(shí)，兩密封端面完全分離，密封端面的摩擦為純液體摩擦，使密封副的摩擦狀態(tài)得到很大改善，從而達(dá)到優(yōu)化密封性能的作用。2.1.3端面微孔機(jī)械密封的應(yīng)用概況端面微孔機(jī)械密封最早于1997年11月安裝在一家石油化學(xué)工業(yè)公司的泵上面。該密封副的材料分別為WC、C，用來密封一個轉(zhuǎn)速為2955r/min、直徑為62.5mm的軸，在密封介質(zhì)為二甲苯和輕質(zhì)烴、工作溫度為266℃一320℃、排出壓力為1.27MPa、壓力差為0.62MPa的情況下成功的運(yùn)行了3個月。1998年5月又將該密封裝置成功應(yīng)用到另外兩臺泵(分別用來輸送輕質(zhì)烴、甲醛)上。2000年Estion比較全面地介紹了激光加工微孔端面密封成功應(yīng)用到泵的具體情況【““]。

2.1.1端面微孔機(jī)械密封的典型結(jié)構(gòu)目前常見的端面微孔機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)可分為兩大類:一類是整個靜環(huán)端面或動環(huán)端面均加工微孔，如圖2.1所示;另一類是僅在部分端面加工微孔，如圖2.2所示。獷弄琴了二是沸_姜圖2.1端面全開孔圖2.2端面部分開孔2.1.2端面微孔機(jī)械密封的工作原理密封副的靜環(huán)或動環(huán)上加工出來的每一個微孔像一個微動力潤滑軸承，當(dāng)兩密封端面相對運(yùn)動時(shí)，在孔和孔周圍區(qū)域則產(chǎn)生類似油楔的動壓效應(yīng)，當(dāng)液體動壓力與介質(zhì)壓力共同作用形成的密封開啟力超過閉合力時(shí)，兩密封端面完全分離，密封端面的摩擦為純液體摩擦，使密封副的摩擦狀態(tài)得到很大改善，從而達(dá)到優(yōu)化密封性能的作用。2.1.3端面微孔機(jī)械密封的應(yīng)用概況端面微孔機(jī)械密封最早于1997年11月安裝在一家石油化學(xué)工業(yè)公司的泵上面。該密封副的材料分別為WC、C，用來密封一個轉(zhuǎn)速為2955r/min、直徑為62.5mm的軸，在密封介質(zhì)為二甲苯和輕質(zhì)烴、工作溫度為266℃一320℃、排出壓力為1.27MPa、壓力差為0.62MPa的情況下成功的運(yùn)行了3個月。1998年5月又將該密封裝置成功應(yīng)用到另外兩臺泵(分別用來輸送輕質(zhì)烴、甲醛)上。2000年Estion比較全面地介紹了激光加工微孔端面密封成功應(yīng)用到泵的具體情況【““]。

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 丁雪興;王燕;佘志剛;毛亞軍;;微孔端面機(jī)械密封間液膜的CFD數(shù)值模擬[J];蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào);2011年02期

2 王衍;孫見君;馬晨波;涂橋安;周飛;;深槽淺槽非接觸式機(jī)械密封性能比較研究[J];液壓與氣動;2013年02期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 王燕;基于CFD的微孔端面機(jī)械密封流場分析及性能研究[D];蘭州理工大學(xué);2011年

2 孫赫;端面周向波度式密封特性的研究[D];北京化工大學(xué);2011年

本文編號：2824372