隨著自動化生產(chǎn)和智能化操作在密煉機(jī)中的應(yīng)用,人們對混煉膠的品質(zhì)要求愈加嚴(yán)格。轉(zhuǎn)子密封裝置作為密煉機(jī)正常工作不可或缺的部分,其密封性能直接決定了混煉膠的組分配比是否準(zhǔn)確,而且對工作環(huán)境與生產(chǎn)效率有著重要影響。如何提高轉(zhuǎn)子的端面密封能力成為密煉機(jī)設(shè)計的主要研究內(nèi)容之一。實現(xiàn)原料的零泄漏和提高轉(zhuǎn)子密封裝置的使用壽命成為生產(chǎn)商不懈追求的目標(biāo)。在轉(zhuǎn)子端面上開設(shè)用于反向輸送膠料熔體的螺旋槽,從源頭上降低膠料的泄露,實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的密封。該密封形式可保留密煉機(jī)原有的密封裝置,與其組成雙重密封結(jié)構(gòu),因此具有廣闊的應(yīng)用前景。本文的主要研究內(nèi)容如下:(1)對現(xiàn)有的密煉機(jī)轉(zhuǎn)子密封裝置及存在的問題進(jìn)行了總結(jié),分析了低粘度下的螺旋密封的機(jī)械效應(yīng)與螺旋槽密封的上游泵送機(jī)理,進(jìn)而提出了針對高粘度膠料熔體的轉(zhuǎn)子端面螺旋槽反向輸送機(jī)理,建立了泵送量與泄露量平衡的計算公式,探討了不同因素對密封壓力的影響,為轉(zhuǎn)子端面螺旋槽密封提供理論基礎(chǔ)。(2)通過Solidworks建立了端面螺旋槽的三維模型,利用有限元軟件POLYFLOW分析了螺旋槽、壓差及綜合作用下的流場(速度、壓力、速度矢量)分布情況,并計算了轉(zhuǎn)速對密封壓力的影響。(3)利用田口方法來優(yōu)化螺旋槽的結(jié)構(gòu)參數(shù)。設(shè)計了25組方案,模擬不同參數(shù)組合的密封壓力。通過方差分析,得到了最優(yōu)參數(shù)組合:槽寬13mm,槽深1.75mm,螺旋角25°,螺槽數(shù)12,槽底半徑44mm。計算各個參數(shù)的貢獻(xiàn)率,參數(shù)的影響程度從大到小依次為:槽深、螺旋角、螺槽數(shù)、槽寬、槽底半徑。(4)研究了周期性變化的轉(zhuǎn)子端面密封間隙對密封壓力的影響。分析了轉(zhuǎn)子周期性軸向竄動的成因,計算了轉(zhuǎn)子的軸向力與竄動量,考慮煉膠中的熱效應(yīng)對轉(zhuǎn)子長度的影響,計算了轉(zhuǎn)子的熱伸長量。結(jié)合轉(zhuǎn)子竄動量與熱伸長量,確定了密封間隙周期性變化的范圍,模擬了不同間隙下的密封壓力。
【學(xué)位單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ330.42
【部分圖文】：

形成具有一定剛度的液膜或氣膜，使兩個密封環(huán)被迫分離，從而起到密封作用。由于端面螺旋槽的非接觸性密封，密封環(huán)的磨損量很小，具有極長的使用壽命。圖1-12為端面螺旋槽的結(jié)構(gòu)簡圖。圖 1-12 螺旋槽結(jié)構(gòu)圖Fig.1-12 Structure drawing of spiral groove對于端面螺旋槽密封的研究最早出現(xiàn)在 1960 年左右。當(dāng)時，Whipple 建立了窄槽理論，計算了槽隙中流體的壓力，為端面螺旋槽密封的實現(xiàn)提供了可能[41]。Muijderman 等改進(jìn)了窄槽理論，并引入到端面螺旋槽氣膜的計算中[42]。Gabriel對端面螺旋槽的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了研究，建立了結(jié)構(gòu)參數(shù)與密封壓力的表達(dá)式，總結(jié)了端面螺旋槽密封的現(xiàn)存問題[43]。Murata 等引入剪切速率來簡化了端面螺旋槽模型，采用解析法和數(shù)值法分別計算了螺槽中的流場[44]。Salant 研究了槽型對泄漏量的影響，發(fā)現(xiàn)端面螺旋槽的泄露量小于其他槽型，并通過差分法對端面螺旋槽密封液膜的剛度進(jìn)行了求解[45]。Fesanghary 提出了用于最大負(fù)載能力的新型螺旋槽，推導(dǎo)了承載能力公式，并通過試驗進(jìn)行了驗證[46]。Blasiak 研究了密封環(huán)的表面形貌對端面螺旋槽密封的影響

作出螺旋槽草圖。在Solidworks中打開螺旋槽的二維圖，通過拉伸變換建立螺旋槽的實體模型及流體域的模型。最后，為了方便在POLYFLOW中設(shè)置轉(zhuǎn)軸坐標(biāo)，因此將裝配體中的轉(zhuǎn)子原點移至系統(tǒng)坐標(biāo)原點。圖3-3為轉(zhuǎn)子端面螺旋槽的三維模型。表3-1螺旋槽幾何參數(shù)Tab.3-1 Geometric parameters of spiral groove序號 參數(shù)名稱 初始尺寸值1 螺旋槽寬w（mm） 132 非槽區(qū)寬a（mm） 133 螺旋槽深h （mm） 24螺槽底徑gr（mm）435 螺旋角 （°） 256 轉(zhuǎn)角 （°） 18.537 螺旋槽個數(shù)i 12圖3-3轉(zhuǎn)子端面螺旋槽的三維模型Fig. 3-3 Three-dimensional model of end spiral groove3.3.3 網(wǎng)格劃分三維模型的網(wǎng)格劃分是計算流體流場的第一步，網(wǎng)格質(zhì)量的優(yōu)劣直接決定了流場的計算精度。結(jié)構(gòu)不同的模型使用網(wǎng)格類型不同，在計算機(jī)中網(wǎng)格劃分時間與生成網(wǎng)格質(zhì)量上也有所差異。根據(jù)具體的模型結(jié)構(gòu)，選擇最佳的網(wǎng)格類型。在本文中，計算模型包括兩部分：轉(zhuǎn)子端面的螺旋槽和流體域。由于螺旋槽的結(jié)構(gòu)

Fig.3-5 Grid skew slope statistics網(wǎng)格偏斜率小意味著實際網(wǎng)格的節(jié)點與理想網(wǎng)格的節(jié)點之間偏差小，網(wǎng)格質(zhì)量好。由圖3-4可知，半數(shù)以上的網(wǎng)格的偏斜率都不大于0.25，整體網(wǎng)格平均偏斜率為0.24，小于規(guī)定的上限值0.33，即網(wǎng)格質(zhì)量滿足求解精度。3.3.4 材料參數(shù)表 3-2 為膠料的物性參數(shù)。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2870266