接觸式機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)設備用機械密封端面熱力變形隨水深的不同而不同，且存在復雜的熱力耦合作用。過大的端面變形會影響密封性能及其使用壽命，甚至會危害到操乘人員的生命安全。對接觸式機械密封進行熱力耦合變形分析，能有效地對密封端面變形進行預測和評估，有助于研究機械密封端面變形控制的方法以及促進深海機械密封的發(fā)展與應用。
　　本文以深海作業(yè)裝備用機械密封為研究對象，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系，通過建立接觸

2、式機械密封的穩(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，為機械密封環(huán)的變形控制提供了方法。主要工作和結果如下：
　　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系，建立了機械密封穩(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速對端面熱力變形和密封性能的影響；通過建立機械密封啟動瞬態(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上考慮端面磨損的影響，建立機械密封端面磨損的數(shù)學模型，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)結構尺寸對端面變形的影響規(guī)律，重點探究了“尾部支撐”軸向長度和動環(huán)端面力變形之間的關系，提出了通過控制動環(huán)力變形改變其錐度進而實現(xiàn)動靜環(huán)端面相對零變形的方法。
　　結果表明，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)散型轉變?yōu)槭諗啃?；在端面磨合過程中，密封間隙逐漸由收斂型轉變?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；通過設計合理的動環(huán)結構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。論文模型和相關結論可用于指導機械密封的失效分析和密封環(huán)的結構