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新型蜂窝密封制作方法研究及铝蜂窝材料性能模拟计算

作　者: 车建业
导　师: 何立东
学　校: 北京化工大学
专　业: 工程力学
关键词: 蜂窝密封离心压缩机蚀刻蜂窝铝芯应力
分类号: TB42
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 129次
引　用: 2次
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内容摘要

密封性能是压缩机等叶轮机械可靠性的重要指标之一。特别是在使用有毒、有害、易燃、易爆或贵重气体的场合更是如此。它对提高机器效率,节省能量消耗有重要意义。密封的性能不好,不仅漏失了大量有用或贵重的气体,使经济效益降低,更严重的是将造成环境的污染,危及国家财产与人民生命安全。蜂窝式密封作为流体密封领域的先进技术起源于20世纪90年代初期的美国,这种新型的密封形式经过不断的完善,终于成为当今世界上最先进的密封技术之一,并开始广泛应用在航空航天、化工等领域。它具有安全可靠性高、密封作用好、转子动力学性能佳等诸多优点。在化工行业,已逐渐取代传统梳齿密封成为叶轮机械中重要的密封型式。目前,石化行业常用的蜂窝密封材料是镍基耐高温热合金,这种材质的蜂窝密封如果与转子摩擦就会产生火花,所以不能应用于很多处理易燃和易爆介质的离心压缩机。本文基于金属蚀刻理论,研究了采用蚀刻方法制作铝制蜂窝密封的新工艺新方法,这种方法制造出的蜂窝密封和壳体是连在一起的,而不用像传统的蜂窝密封需要将蜂窝带与母体金属环焊接在一起,同时还克服了铝材不易焊接的难题。进行了多次加工试验。试验结果表明:蚀刻技术是一种切实可行的制造铝制蜂窝密封的方法,经数次蚀刻试验后,加工出的蜂窝规格尺寸与预期比较接近,蜂窝对边距均与预期的3.2mm、1.6mm较为吻合,蜂窝芯格深度也基本达到了预期1mm以上的效果。考虑了薄壁蜂窝铝芯和蜂窝铝板受共面载荷时的拉伸变形,利用蜂窝铝芯单元结构并结合ANSYS软件模拟了蜂窝铝芯的弹性模量并与实验进行了对比。得到了在受同样大小载荷时,蜂窝铝芯最大应力随蜂窝芯格对边距、深度变化而变化的曲线。结果对有限元法模拟分析蜂窝铝材料性能可靠性提供了一定的依据。分析结果有益于蜂窝铝的优化设计,有助于找到合适的蜂窝芯格尺寸以满足较大的强度要求。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-16
第一章绪论  16-26
  1.1 课题来源及研究的目的和意义  16-18
  1.2 蜂窝密封技术概述  18-24
    1.2.1 蜂窝密封技术的研究现状  19-21
    1.2.2 蜂窝密封技术优点及其在我国的发展及其应用现状  21-24
    1.2.3 离心压缩机梳齿密封缺点及蜂窝密封应用的局限性  24
  1.3 本文研究的内容  24-26
第二章金属蚀刻技术的机理及应用  26-44
  2.1 金属蚀刻技术概述  26-34
    2.1.1 金属化学蚀刻的发展简史  26-27
    2.1.2 金属化学蚀刻加工方法  27-30
    2.1.3 化学蚀刻的技术效益  30-32
    2.1.4 化学蚀刻在加工方面的限制与难点  32-34
  2.2 防蚀技术  34-35
    2.2.1 丝网印刷防蚀技术  35
    2.2.2 照相制版防蚀技术  35
  2.3 金属化学蚀刻原理及其对环境的危害  35-41
    2.3.1 金属蚀刻的类型和原理  36-37
    2.3.2 金属的化学腐蚀  37
    2.3.3 金属的电化学腐蚀  37-39
    2.3.4 金属化学蚀刻中的"二控一配"  39-40
    2.3.5 金属蚀刻的原理  40-41
    2.3.6 金属化学蚀刻对人体及环境的危害  41
  2.4 铝及合金的化学蚀刻  41-43
    2.4.1 铝及其蚀刻概况  42
    2.4.2 铝合金蚀刻的特点  42-43
  2.5 小结  43-44
第三章应用金属蚀刻技术及电铸技术制造铝蜂窝的试验研究  44-56
  3.1 金属蚀刻技术应用于铝蜂窝制造的设想  44
  3.2 金属蚀刻技术应用于铝蜂窝制造的试验过程  44-51
    3.2.1 蜂窝结构及其蚀刻结构参数  44-45
    3.2.2 蚀刻加工过程  45-51
  3.3 电铸技术简介  51-55
    3.3.1 电铸的基本原理及制作工艺  51-52
    3.3.2 电铸技术的优缺点  52-53
    3.3.3 采用电铸技术加强铝蜂窝力学性能试验  53-55
  3.4 小结  55-56
第四章蜂窝铝的材料性能模拟计算及实验研究  56-72
  4.1 蜂窝铝的研究概况  56-58
  4.2 蜂窝铝芯性能模拟计算  58-64
    4.2.1 蜂窝铝芯的特征单元  58-59
    4.2.2 单蜂窝芯结构的模拟计算  59-64
  4.3 大小相同的整块蜂窝铝板的模拟计算  64-66
  4.4 蜂窝铝板与蜂窝刚板材料力学性能实验研究  66-70
    4.4.1 试验试样及实验装置  66
    4.4.2 蜂窝钢板拉伸实验  66-67
    4.4.3 蜂窝铝板拉伸实验  67-70
  4.5 小结  70-72
第五章总结与展望  72-74
  5.1 总结  72
  5.2 展望  72-74
参考文献  74-78
致谢  78-80
研究成果及发表的学术论文  80-82
作者和导师简介  82-83
北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  83-84

新型蜂窝密封制作方法研究及铝蜂窝材料性能模拟计算

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