本文從圓柱孔端面機(jī)械密封的動(dòng)力學(xué)分析入手,采用有限差分?jǐn)?shù)值計(jì)算方法,深入研究了密封面操作參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)液膜壓力的影響。在此基礎(chǔ)上,采用理論分析和數(shù)值計(jì)算的方法系統(tǒng)地開展圓柱孔端面機(jī)械密封的密封性能研究,主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下: 1)建立了圓柱孔端面機(jī)械密封的流體動(dòng)力學(xué)分析模型,通過將參數(shù)無量綱化,采用有限差分法對(duì)圓柱孔端面機(jī)械密封進(jìn)行了詳盡地分析和參數(shù)研究,并利用MATLAB計(jì)算機(jī)軟件得到了無量綱壓力的三維分布情況。由計(jì)算分析可知,液膜無量綱平均壓力隨著液體粘度、流體壓力和轉(zhuǎn)速的增加、密封間隙的減小而增大。另外,微孔密度和微孔深徑比對(duì)液膜平均壓力有很大影響,對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化,可使平均液膜壓力達(dá)到最大。 2)對(duì)圓柱孔端面機(jī)械密封的密封性能進(jìn)行了研究,推導(dǎo)出摩擦力矩的計(jì)算公式,并從理論上分析了微孔結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)開啟力、液膜剛度、摩擦力矩和泄漏率的影響規(guī)律。結(jié)果表明:在微孔半徑一定時(shí),對(duì)微孔結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,可使密封性能達(dá)到最佳。 3)從理論上推導(dǎo)出操作參數(shù)對(duì)開啟力、液膜剛度、摩擦力矩和泄漏率的影響規(guī)律。分析結(jié)果表明:在微孔半徑一定時(shí),對(duì)微孔操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,可使密封性能達(dá)到最佳。 總之,通過對(duì)圓柱孔端面機(jī)械密封的數(shù)值分析,得到了微孔結(jié)構(gòu)的優(yōu)化參數(shù),為圓柱孔端面機(jī)械密封的進(jìn)一步研究奠定了理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：河北科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2010
【中圖分類】：TH136
【部分圖文】：

從而極大的延長(zhǎng)了使用壽命，使能源消耗得到有效降低。故激光技術(shù)被摩擦副表面的理想手段。.2 端面微孔機(jī)械密封的理論研究進(jìn)展端面微孔機(jī)械密封是在普通機(jī)械密封的靜環(huán)或(和)動(dòng)環(huán)上加工出規(guī)則分小孔。在該結(jié)構(gòu)中，由于靜環(huán)表面有很多微孔，每個(gè)微孔就像一個(gè)微動(dòng)。當(dāng)兩表面相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，表面間就會(huì)形成收斂縫隙流體膜層，在每個(gè)孔周圍區(qū)域就會(huì)產(chǎn)生流體動(dòng)壓力，該流體動(dòng)壓力取決于微孔結(jié)構(gòu)參數(shù)、滑動(dòng)粘度、液膜厚度等。目前常見的端面微孔機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)主要有兩大類微孔端面，即在整個(gè)靜環(huán)端面或動(dòng)環(huán)端面均加工微孔，如圖 1-2 所示；另微孔端面，即僅在部分端面區(qū)域加工微孔，如圖 1-3 所示[8]。

由圖 3-5 和圖 3-6 可知，在不同的微孔密度和不同微孔深徑比下，無量綱平均壓力隨無量綱密封間隙的變化規(guī)律相同，即在無量綱密封間隙δ 從 0.07 變化到 0.015時(shí)，無量綱平均壓力 Pav逐漸增大，且在無量綱密封間隙δ 較小時(shí)，無量綱平均壓力Pav隨無量綱密封間隙δ 的減小急劇增加；而無量綱密封間隙δ 較大時(shí)，無量綱平均壓力 Pav隨無量綱密封間隙δ 的減小上升緩慢，但此時(shí)無量綱平均壓力 Pav已經(jīng)較小。由此說明密封間隙較小時(shí)密封端面間的液膜壓力對(duì)密封間隙的變化更為敏感。因此要獲得較好的動(dòng)壓效應(yīng)必須保持較小的膜厚，但同時(shí)要保持端面間的非接觸，故密封端面的粗糙度水平在很大程度上制約著膜厚。無量綱密封間隙相同時(shí)，不同的微孔深徑比，其無量綱平均壓力有所不同，其中以 ε =0.07 時(shí)的值最大；同樣，無量綱密封間隙相同時(shí)，無量綱平均壓力隨微孔密度的變化也不相同，其中在微孔密度 =S 0.4 時(shí)無量綱平均壓力值最大。δ=0.05δ=0.04圖 3-4 不同無量綱密封間隙下沿微孔中心線的無量綱壓力分布Fig. 3-4 Dimensionless pressure distribution along pore center at various seal clearances

對(duì)于相同的無量綱操作參數(shù)，無量綱平均壓力隨微孔深徑比和微孔密度的變化而變化，其中以微孔深徑比 ε =0.07 和微孔密度 Sp=0.4 時(shí)的值最大。由無量綱操作參數(shù)λ 的定義(即parpU23μλ = )可知，在微孔半徑 rp和環(huán)境壓力 paλ=0.004λ=0.006圖 3-7 不同無量綱操作參數(shù) λ 下孔欄上的無量綱壓力 P 分布Fig. 3-7 Dimensionless pressure distribution over pore column at various operating parameters31
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本文編號(hào)：2846617