本文關鍵詞：金屬波紋管機械密封的有限元分析及實驗驗證，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：金屬波紋管機械密封是高溫工況下應用極其廣泛的一種動密封結構,隨著使用工況的不斷變化,金屬波紋管機械密封因其軸或軸套不受磨損、浮動性好、不易堆積雜物等諸多優(yōu)點被大量應用。本文通過運用ANSYS12.0有限元商業(yè)分析軟件,根據(jù)金屬波紋管機械密封的使用工況、使用壓力、使用軸徑對模型進行模擬分析,最終得到在一定條件下,波紋管直徑變化對機械密封端面受力、變形和波紋管應力的影響。通過ANSYS模擬計算得到了:(1)金屬波紋管機械密封的波紋管直徑改變(其他尺寸不變)對波紋管的受力影響不明顯,最大誤差小于10%。擠壓成型金屬波紋管在壓縮和受壓時,最大應力出現(xiàn)在波峰和波谷處。非對稱金屬波紋管的應用可以改善波谷和波峰的受力情況。(2)金屬波紋管機械密封隨著直徑的增加,密封端面變形變大,接觸間隙變寬,接觸面減小,接觸應力的最大值增大。(3)在過盈裝配過程中,不對稱的配合會產生轉矩,使端面產生變形,機械密封直徑越大,變形越大,在裝配過程中增大配合面的比例,減小非配合部位的結構尺寸將會大大改善密封環(huán)端面的變形情況。(4)本文通過端面比壓、載荷系數(shù)、反壓系數(shù)、介質壓力的關系繪制了介質壓力、波紋管壓縮量和端面比壓的關系圖,方便波紋管壓縮量的選取和判定端面比壓的大小。通過實驗驗證了:(1)在金屬波紋管機械密封壓縮和受外壓的情況下,端面變形是真實存在的,且和有限元分析結果接近;這種變形使得密封端面外徑接觸,內徑不接觸,出現(xiàn)了接觸間隙,在受外壓的情況下(和試驗中一樣),高轉速會引起大的動壓效應。(2)機械密封通過跑和可以減輕端面變形造成的影響,減小端面動壓效應,使機械密封運行趨于平穩(wěn)。通過本文的有限元模擬和實驗驗證,得出金屬波紋管機械密封直徑變化對端面變形影響的規(guī)律,對工程實踐有一定的指導意義。
【關鍵詞】：機械密封 金屬波紋管 有限元分析 接觸 非線性
【學位授予單位】：北京石油化工學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH136
【目錄】：

• 學位論文數(shù)據(jù)集3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-15
• 第一章 文獻綜述1:緒論15-21
• 1.1 機械密封概述15-20
• 1.1.1 機械密封發(fā)展的歷史與趨勢15-17
• 1.1.2 機械密封的原理及結構17-18
• 1.1.3 金屬波紋管機械密封的研究概況18-20
• 1.2 本文研究的目的和意義20
• 1.3 本文研究的主要內容20-21
• 第二章 文獻綜述2:擠壓成型金屬波紋管機械密封的主要參數(shù)及基礎理論21-35
• 2.1 擠壓成型金屬波紋管的主要參數(shù)21-24
• 2.1.1 擠壓成型金屬波紋管的結構參數(shù)21
• 2.1.2 擠壓成型金屬波紋管的有效直徑21-23
• 2.1.3 擠壓成型金屬波紋管的剛度23
• 2.1.4 機械密封用金屬波紋管的材質23-24
• 2.2 機械密封的主要相關參數(shù)24-31
• 2.2.1 機械密封的幾何參數(shù)24-25
• 2.2.2 機械密封的力學參數(shù)25-29
• 2.2.3 機械密封的性能參數(shù)29-31
• 2.3 金屬波紋管機械密封補償環(huán)的鑲嵌31-35
• 2.3.1 鑲嵌環(huán)的基本結構31-32
• 2.3.2 密封環(huán)鑲嵌結構的過盈量32
• 2.3.3 密封環(huán)鑲嵌的溫度32-35
• 第三章 擠壓成型金屬波紋管機械密封的有限元分析35-61
• 3.1 有限元軟件ANSYS在結構分析中的應用35-36
• 3.1.1 ANSYS幾何非線性靜力分析35
• 3.1.2 ANSYS接觸分析35-36
• 3.2 擠壓成型波紋管機械密封有限元模型建立36-40
• 3.2.1 組成材料的選擇36
• 3.2.2 模型尺寸的選擇與建模36-37
• 3.2.3 單元選擇與網(wǎng)格劃分37-38
• 3.2.4 接觸對的建立38
• 3.2.5 分析路徑的選擇38-39
• 3.2.6 分析工況的選擇39-40
• 3.3 有限元模型不同單元、網(wǎng)格劃分計算結果對比40-41
• 3.4 不同直徑的模型對端面變形影響程度的對比分析41-46
• 3.4.1 受外壓條件下端面變形的對比41-43
• 3.4.2 預壓縮條件下端面變形的對比43-44
• 3.4.3 預壓縮和外壓組合條件下端面變形的對比44-46
• 3.5 不同直徑的模型對端面應力影響程度的對比分析46-52
• 3.5.1 受外壓條件下端面應力的對比46-48
• 3.5.2 預壓縮條件下端面應力的對比48-51
• 3.5.3 預壓縮和外壓組合條件下端面應力的對比51-52
• 3.6 不同直徑的模型對波紋管應力影響程度的對比分析52-56
• 3.6.1 受外壓條件下波紋管應力的對比52-54
• 3.6.2 預壓縮條件下波紋管應力的對比54-55
• 3.6.3 預壓縮和外壓組合條件下波紋管應力的對比55-56
• 3.7 波紋管波峰、波谷半徑變化對波紋管機械密封的影響分析56-60
• 3.7.1 預壓縮條件下波峰、波谷半徑變化對端面變形的影響56-57
• 3.7.2 預壓縮條件下波峰、波谷半徑變化對端面應力的影響57-58
• 3.7.3 預壓縮條件下波峰、波谷半徑變化對波紋管應力的影響58-60
• 3.8 本章小結60-61
• 第四章 密封環(huán)與環(huán)座過盈配合的有限元分析61-77
• 4.1 分析模型的建立61-64
• 4.1.1 分析模型尺寸的選擇61
• 4.1.2 過盈量與加載溫度的選擇61-62
• 4.1.3 邊界條件和加載條件的選擇62
• 4.1.4 單元選擇與材料參數(shù)設定62-63
• 4.1.5 網(wǎng)格劃分與接觸對的建立63-64
• 4.2 常溫時過盈配合的有限元分析64-67
• 4.2.1 端面變形情況64-66
• 4.2.2 接觸對應力情況66-67
• 4.3 工作溫度時過盈配合的有限元分析67-70
• 4.3.1 端面變形情況67-69
• 4.3.2 接觸對應力情況69-70
• 4.4 模型結構改進后的有限元分析70-76
• 4.4.1 改進模型的選擇與建模70-71
• 4.4.2 常溫時各模型過盈配合的有限元分析71-74
• 4.4.3 工作溫度下各模型過盈配合的有限元分析74-76
• 4.5 本章小結76-77
• 第五章 金屬波紋管機械密封性能參數(shù)有限元分析77-85
• 5.1 金屬波紋管機械密封剛度的有限元模擬77-78
• 5.1.1 模型選擇77
• 5.1.2 模型剛度有限元計算77-78
• 5.1.3 計算剛度對比78
• 5.2 金屬波紋管機械密封載荷系數(shù)有限元分析78-80
• 5.2.1 加載與邊界條件選擇78
• 5.2.2 載荷系數(shù)的有限元計算與對比78-80
• 5.3 金屬波紋管機械密封端面比壓的有限元計算80-83
• 5.3.1 工況與邊界條件選擇80
• 5.3.2 端面比壓的計算80-81
• 5.3.3 最佳壓縮量的選擇81-83
• 5.4 本章小結83-85
• 第六章 金屬波紋管機械密封的實驗研究85-95
• 6.1 實驗裝置簡介85-87
• 6.1.1 實驗裝置結構圖85-86
• 6.1.2 實驗裝置的功用86-87
• 6.2 金屬波紋管機械密封剛度實驗87
• 6.3 金屬波紋管機械密封實驗結果與分析87-93
• 6.3.1 機械密封靜態(tài)實驗87-88
• 6.3.2 機械密封動態(tài)實驗88-93
• 6.4 本章小結93-95
• 第七章 總結與展望95-97
• 7.1 總結95-96
• 7.2 展望96-97
• 參考文獻97-99
• 致謝99-101
• 作者與導師簡介101

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 張堅;;機械密封的工作原理[J];農機使用與維修;2007年04期

2 朱漢華,劉正林,溫詩鑄,嚴新平;Mechanical Deformation of Ship Stern-Shaft Mechanical Face Seals[J];Tsinghua Science and Technology;2004年03期

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本文編號：333198