接觸式機(jī)械密封熱力耦合模型與端面變形控制.pdf

1、潛水器等深海作業(yè)設(shè)備用機(jī)械密封端面熱力變形隨水深的不同而不同，且存在復(fù)雜的熱力耦合作用。過大的端面變形會影響密封性能及其使用壽命，甚至?xí)：Φ讲俪巳藛T的生命安全。對接觸式機(jī)械密封進(jìn)行熱力耦合變形分析，能有效地對密封端面變形進(jìn)行預(yù)測和評估，有助于研究機(jī)械密封端面變形控制的方法以及促進(jìn)深海機(jī)械密封的發(fā)展與應(yīng)用。
　　本文以深海作業(yè)裝備用機(jī)械密封為研究對象，綜合考慮密封環(huán)熱力變形、潤滑液膜壓力分布和粘溫特性等之間的耦合關(guān)系，通過建立接觸

2、式機(jī)械密封的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)軸對稱模型，研究穩(wěn)態(tài)密封性能和瞬態(tài)密封性能演化規(guī)律，為機(jī)械密封環(huán)的變形控制提供了方法。主要工作和結(jié)果如下：
　　考慮密封端面的熱、力變形和液膜溫度、厚度等之間的耦合關(guān)系，建立了機(jī)械密封穩(wěn)態(tài)熱力耦合模型，分析了密封端面的變形規(guī)律，研究了密封壓力和轉(zhuǎn)速對端面熱力變形和密封性能的影響；通過建立機(jī)械密封啟動瞬態(tài)工況下的熱力耦合模型，研究了等壓啟動和變壓啟動兩種工況條件下密封環(huán)端面變形和密封間隙的變化規(guī)律，分析了各性能

3、參數(shù)的演化規(guī)律；在穩(wěn)態(tài)熱力耦合模型的基礎(chǔ)上考慮端面磨損的影響，建立機(jī)械密封端面磨損的數(shù)學(xué)模型，研究了端面磨合過程中密封間隙和動環(huán)端面形狀的演變規(guī)律，分析了密封端面熱力變形、液膜厚度和泄漏率等的變化規(guī)律；基于密封端面熱力耦合變形，研究了密封環(huán)結(jié)構(gòu)尺寸對端面變形的影響規(guī)律，重點(diǎn)探究了“尾部支撐”軸向長度和動環(huán)端面力變形之間的關(guān)系，提出了通過控制動環(huán)力變形改變其錐度進(jìn)而實(shí)現(xiàn)動靜環(huán)端面相對零變形的方法。
　　結(jié)果表明，在穩(wěn)態(tài)工況下，密封端

4、面熱、力變形沿徑向呈近似線性分布，并非呈完全線性分布；力變形引起動環(huán)端面形成發(fā)散錐形，熱變形形成收斂錐形，綜合效果為形成收斂狀錐形間隙；啟動瞬態(tài)工況下，隨時間的增加，端面間隙由發(fā)散型轉(zhuǎn)變?yōu)槭諗啃?；在端面磨合過程中，密封間隙逐漸由收斂型轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫行?，且磨損后動環(huán)的幾何形貌由靜環(huán)熱力變形后的形貌所決定；通過設(shè)計(jì)合理的動環(huán)結(jié)構(gòu)尺寸控制端面力變形，可獲得穩(wěn)態(tài)工況下近似平行狀的密封間隙。論文模型和相關(guān)結(jié)論可用于指導(dǎo)機(jī)械密封的失效分析和密封環(huán)的結(jié)構(gòu)