自緊式金屬U形密封環(huán)以其密封壓力高、結(jié)構(gòu)簡單、減振效果好的優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于航天等領(lǐng)域,但已有研究較少。針對密封效果好、抗振能力強(qiáng)的自緊式金屬U形密封環(huán)的結(jié)構(gòu)完整性、泄漏特性和振動性能展開了系統(tǒng)的研究。針對結(jié)構(gòu)改進(jìn)的自緊式金屬U形密封環(huán),建立了力學(xué)性能數(shù)值分析模型。分析了預(yù)緊和操作工況下密封環(huán)的內(nèi)部應(yīng)力和接觸壓力分布和特點。與其他典型自緊金屬密封環(huán)對比。并分析了操作參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)對力學(xué)性能的影響,得到了不同參數(shù)條件下具有較優(yōu)力學(xué)性能的U形密封環(huán)結(jié)構(gòu)。建立適用于自緊式金屬U形密封環(huán)的泄漏分析模型,得到影響密封泄漏率的因素。從泄漏性能的角度分析了結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)的影響,得到各個參數(shù)對泄漏率的影響。基于泄漏分析模型建立了密封環(huán)的設(shè)計方法,并與PVRC法進(jìn)行了對比,算例驗證了設(shè)計方法的準(zhǔn)確有效。建立自緊式金屬U形密封環(huán)的模態(tài)和動力響應(yīng)分析模型,分析密封環(huán)的振動特性及操作參數(shù)和密封環(huán)結(jié)構(gòu)參數(shù)對其振動性能的影響。在承受相同載荷情況下,密封環(huán)變形幅值遠(yuǎn)大于法蘭變形幅值,響應(yīng)也快于法蘭,保證振動工況下密封可靠;增加內(nèi)部支撐可以有效地提高結(jié)構(gòu)的抗振效果。建立自緊式金屬U形密封環(huán)和其他幾種典型自緊金屬密封環(huán)的試驗測試裝置。試驗驗證了不同自緊金屬密封環(huán)的力學(xué)性能、泄漏性能和振動特性。同樣條件下自緊式金屬U形密封環(huán)的泄漏率較低,具有較好的可壓縮量、預(yù)緊力、自緊效果、較小的剛度及較大的壓縮回彈量。驗證了壓力對泄漏率的影響及金屬U形密封環(huán)受變載荷后變形振幅穩(wěn)定更快,具有較好的耐振性能。通過論文研究所得到的改進(jìn)的U形金屬密封的力學(xué)性能、泄漏特性和耐振性能的研究結(jié)果,可以指導(dǎo)高壓、低溫、振動等特殊工況下靜密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計、操作,也可為其他新型自緊式的金屬靜密封的推廣和使用提供一定的研究基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH136
【部分圖文】：

?時密封性能穩(wěn)定的密封結(jié)構(gòu)和一種易于安裝、承壓能力強(qiáng)、密封性能穩(wěn)定的靜密封結(jié)??構(gòu)，如圖１－３?（ｂ）中所示。張棟Ｉ２２，２３］等人開發(fā)出２種具有梯形截面的靜密封結(jié)構(gòu)，實??現(xiàn)金屬殼體與視窗之間的密封，在壓力高于１５０?ＭＰａ、溫度高于１００°Ｃ下具有良好的??密封效果，該密封結(jié)構(gòu)如圖１－３?（ｃ）所示。Ｐａｒｋｅｒ公司［２４】作為密封行業(yè)先鋒軍開發(fā)出??多種密封結(jié)構(gòu)，其中ＢＳ型密封結(jié)構(gòu)如圖１－３?（ｄ）所示，有兩道密封唇對沖擊載荷不??敏感；ＡＦ型密封結(jié)構(gòu)如圖１－３?（ｅ）所示，該密封利用密封溝槽與金屬的過盈配合，??將防塵圈固定在開式溝槽內(nèi)，唇口可隨活塞桿的移動而移動。圖１－３?（ｆ）所示是一種??可以浮動，具有防擠出功能的改型鞍形橡膠圈密封，可以克服局部橡膠圈變形大及撕??裂的問題［２５］；圖１－３?（ｇ）所示是一種彈簧蓄能金屬密封圈，適用于高溫、低溫及高壓??環(huán)境??ｐｉ?〇?〇?ｑ?［??（ａ）改型Ｙ型密封圈?（ｂ）非接觸式靜密封環(huán)?（ｃ）剪切密封性能穩(wěn)定密封環(huán)??Ｗ?＾??⑷ＢＳ型密封圈?（ｅ）?ＡＦ型密封圈（ｆ）Ｈｔ屬嵌入（ｇ）彈Ｈ能金融??密到＂圈?封圈??圖１－３新開發(fā)的密封結(jié)構(gòu)形式示意圖??Ｆｉｇ．?１－３?Ａ?ｎｅｗｌｙ?ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｆｏｒｍ?ｏｆ?ａ?ｓｅａｌｅｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??１．３．１．３密封環(huán)的密封性能??密封環(huán)的密封能力的主要由密封結(jié)構(gòu)的接觸壓力、回彈量來表征。田闊、諶彪［２７’??２８１等采用熱彈性力學(xué)及熱應(yīng)力分析理論

建立二維平面軸對稱簡化模型。本模型包括簡化的上法蘭、金屬密封環(huán)、簡化的??下法蘭，其中裝配關(guān)系是金屬密封環(huán)的上凸臺最高點和上法蘭的下邊界面接觸，下凸??臺最低點和下法蘭的上邊界面接觸。其軸向截面如圖２－２所示：??＾一法蘭??金屬??密封環(huán)??圖２－２結(jié)構(gòu)簡化模型圖??Ｆｉｇ．?２－２?Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ?ｍｏｄｅｌ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??為簡化模型并提高計算效率，在不影響計算精度的前提下，本文對密封件的預(yù)緊??及工作狀態(tài)做如下假設(shè)：??１）

２．１．３自緊式金屬Ｕ形密封環(huán)材料參數(shù)??通過查閱文獻(xiàn)總結(jié)得出，普通不銹鋼由于在低溫工況下的性能較差而很少被用在??低溫高壓工況下。而近年來ＧＨ４１６９％］在航空領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，經(jīng)研宄發(fā)現(xiàn)該材料在低??溫高壓工況下具有優(yōu)良的彈塑性性能。是一種在－２５３？７００°Ｃ內(nèi)具有良好的抗疲勞、抗??輻射、抗氧化、耐腐蝕性的鎳基高溫合金，近似牌號為ＩｎＣｅ〇ｎｅｌ７１８，可加工性能良好??［６２】。ＧＨ４１６９［１６’６９］材料的具體參數(shù)如表２－２所列，文中法蘭的材料為Ｓ３１６０８，由于本??文主要分析預(yù)緊和操作兩種工況，且兩種工況所處的溫度不同，對應(yīng)的彈塑性曲線也??不一樣，所以，在設(shè)置材料屬性時需要設(shè)置基于這兩個溫度下的彈塑性曲線，曲線如??圖２－４所示。??表２－２?ＧＨ４１６９材料參數(shù)??Ｔａｂｌｅ?２－２?Ｍａｔｅｒｉａｌ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｏｆ?ＧＨ４１６９??＾＾參數(shù)種類／單位?數(shù)值?數(shù)值??溫度／°Ｃ?＾１８３?２０￣??密度，ｐ／ｇ．ｃｒｒｆ３?８．２４?８．２４??／ＭＰａ?２１３０００?２０３０００??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2880019