焊接金屬波紋管機(jī)械密封主要用于煉油廠熱油泵的軸封。利用金屬波紋管代替了彈簧和輔助密封圈,解決了高溫下輔助密封的問題。焊接金屬波紋管不僅起著補(bǔ)償及緩沖因動(dòng)磨損、軸向串動(dòng)及振動(dòng)等原因產(chǎn)生的軸向位移,而且靠本身的彈力與密封介質(zhì)壓力一起對密封端面施加一定的比壓,以起到密封的作用。波紋管波片高溫下的失效在通常情況下均為波片失彈和疲勞破壞,因而許多國內(nèi)外學(xué)者致力于波片應(yīng)變、應(yīng)力和壽命的分析,用傳統(tǒng)的材料力學(xué)方法和現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法(有限元法和優(yōu)化設(shè)計(jì))計(jì)算波片的應(yīng)力及壽命的估算。 首先本文基于實(shí)際生產(chǎn)使用的波紋管波片作為研究對象,通過對波片的受力分析,建立了力學(xué)模型,并運(yùn)用ANSYS有限元軟件對其進(jìn)行靜態(tài)應(yīng)力計(jì)算,分別得出由軸向變形力,薄膜應(yīng)力和離心應(yīng)力三種靜態(tài)應(yīng)力組合的總應(yīng)力及其應(yīng)力的結(jié)構(gòu)變形圖、節(jié)點(diǎn)應(yīng)力分布圖及最大應(yīng)力點(diǎn)的數(shù)值和位置。結(jié)果表明,波紋管的應(yīng)力主要由軸向位移載荷引起的,因此應(yīng)嚴(yán)格控制波紋管壓縮量的大小,此外也可以通過增加最大應(yīng)力點(diǎn)所在圓弧的曲率半徑來減小最大應(yīng)力等有效措施。 其次實(shí)踐證明波紋管波片由于在高轉(zhuǎn)速工況下產(chǎn)生軸向振動(dòng)力,在此力的作用下表現(xiàn)的失效形式一般為波片失彈和疲勞破壞,故文中運(yùn)用ANSYS有限元程序的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)FULL分析法計(jì)算了由軸向振動(dòng)引起的最大動(dòng)應(yīng)力的大小及位置并分析了振動(dòng)量與最大動(dòng)應(yīng)力之間的關(guān)系,由此得到可以通過減小振動(dòng)量來減小動(dòng)應(yīng)力,提高波片的使用壽命。 基于上述所得的組合靜應(yīng)力和瞬態(tài)動(dòng)應(yīng)力的分析結(jié)果,本文依據(jù)疲勞裂紋形成壽命計(jì)算的局部應(yīng)力-應(yīng)變法對波片的疲勞壽命進(jìn)行了計(jì)算,計(jì)算結(jié)果基本符合實(shí)際生產(chǎn)的破損情況,并滿足大修期要求。 為了進(jìn)一步提高波片的使用壽命,即對波片的部分結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),分別通過改變波片的波形、波深、波寬和最大應(yīng)力點(diǎn)所在圓弧的曲率半徑等結(jié)構(gòu)尺寸得到了提高波片的剛度的同時(shí)減少波片的應(yīng)力的最優(yōu)參數(shù),從而達(dá)到延長了波片的使用壽命,這將為波片的實(shí)際生產(chǎn)提供參考數(shù)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】：2008
【中圖分類】：TH136
【部分圖文】：

第3章焊接金屬波紋管波片的靜態(tài)應(yīng)力分析3.1技術(shù)參數(shù)(l)單個(gè)波片的結(jié)構(gòu)尺寸如圖3.1一3.3所示:(2)波紋管波數(shù)12(3)工作參數(shù)轉(zhuǎn)速刀=2960r·p·m;壓差A(yù)P二IMPa;密度 p=7.gT/m3;模量E二187GPa;波松t匕v二0.3;溫度2200C。(4)波片的剛度._，。__~，.、一一~、，_。一、，一，、:、，，走Dm占3很據(jù)日目U國囚淮存術(shù)用陰NlJ及T-r異公武:長二—全計(jì)算得到D，K二 17.69N/Inln已知:壓縮量X=2InIn最終得到軸向預(yù)緊力F=K.X“35.38N波片中徑波紋管波數(shù)波片的內(nèi)徑波片的厚度+Do2D(，:波片的外徑a

圖3.3波片的幾何模型剖視圖3.2波片的力學(xué)模型簡化3.2.1波片的受力分析由于本次研究是在有軸向預(yù)緊力、高速旋轉(zhuǎn)和高壓工況下處于較為復(fù)雜的受力狀況，其具體的應(yīng)力有:1.軸向(即為Y軸方向)預(yù)緊力產(chǎn)生的變形應(yīng)力，此預(yù)緊力F。施加在內(nèi)焊接處且垂直于波片平面，如圖3.4(a)所示。2.內(nèi)外壓力差產(chǎn)生的薄膜應(yīng)力，內(nèi)外壓力差△P施加在波片的波紋處，如圖3.4(b)所示。3.離心慣性力產(chǎn)生的離心應(yīng)力，其離心慣性力f=(2，/60)’rP作用在波片的圓

圖3.3波片的幾何模型剖視圖3.2波片的力學(xué)模型簡化3.2.1波片的受力分析由于本次研究是在有軸向預(yù)緊力、高速旋轉(zhuǎn)和高壓工況下處于較為復(fù)雜的受力狀況，其具體的應(yīng)力有:1.軸向(即為Y軸方向)預(yù)緊力產(chǎn)生的變形應(yīng)力，此預(yù)緊力F。施加在內(nèi)焊接處且垂直于波片平面，如圖3.4(a)所示。2.內(nèi)外壓力差產(chǎn)生的薄膜應(yīng)力，內(nèi)外壓力差△P施加在波片的波紋處，如圖3.4(b)所示。3.離心慣性力產(chǎn)生的離心應(yīng)力，其離心慣性力f=(2，/60)’rP作用在波片的圓
【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 王立芳;金屬波紋管虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開發(fā)[D];燕山大學(xué);2012年

2 張靜;干氣密封焊接金屬波紋管的動(dòng)態(tài)性能分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化[D];蘭州理工大學(xué);2010年

3 李少光;離心式熱油泵的水力設(shè)計(jì)及數(shù)值模擬[D];東北大學(xué);2010年

4 陳劍雄;抽放射性氣體渦旋真空泵主要零件的有限元分析[D];東北大學(xué);2010年

本文編號：2874875