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基于MATLAB的端面微孔机械密封性能参数计算及优化

作　者: 佘志刚
导　师: 丁雪兴
学　校: 兰州理工大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 机械密封激光加工端面微孔密封性能优化
分类号: TH136
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

激光加工多孔端面机械密封是一种新型密封,它是在普通机械密封的端面上加工出微米级的小坑孔,能够实现非接触,具有良好的润滑性能和密封性能。然而,目前对激光加工多孔端面机械密封的研究少有文献报道。本文通过建立激光加工多孔端面机械密封的理论分析模型,采用MATLAB求解雷诺方程,获得在给定工况下泄漏量、摩擦功耗等密封性能参数数值,并分析不同微孔深度、微孔深度和微孔密度对其密封性能参数的影响规律,得到微孔深度、微孔深度和微孔密度的最佳值。主要研究内容和结论如下:1.建立了激光加工多孔端面机械密封的流体动力学分析模型,根据假设,一个孔栏上的液膜压力分布可表征整个密封面上的液膜压力。将参数进行无量纲化,采用有限差分法对激光加工多孔端面机械密封进行了详尽地分析和参数研究,并利用Matlab计算机软件得到了液膜压力、泄漏量、摩擦功耗等密封性能参数值。2.对激光加工多孔端面机械密封的液膜压力进行了深入研究。通过理论计算及分析,研究了结构参数微孔半径、微孔深度和微孔密度对液膜压力的的影响。结果表明,在给定工况条件下,对微孔深度、微孔深度和微孔密度进行优化,可使端面间的液膜压力达到最佳值。3.理论推导得到了激光加工多孔端面机械密封的泄漏量计算公式,并进行了理论计算与分析,结果表明:微孔深度和微孔密度对密封端面间的泄漏量有很大影响。因此,为了增大密封动压效应,降低能耗,减少泄漏量,微孔深度和微孔密度应选择一合适值。4.通过计算得到摩擦功耗的计算公式,分析得到了最佳的微孔结构参数值,为激光加工多孔端面机械密封工程优化设计提供了可靠的理论依据。

全文目录

摘要  7-8
Abstract  8-10
第1章绪论  10-24
  1.1 引言  10-11
  1.2 流体动压型机械密封的理论研究  11-16
    1.2.1 气相动压型机械密封的理论研究  12-14
    1.2.2 液相动压型机械密封的理论研究  14-16
  1.3 端面微孔机械密封研究进展  16-19
    1.3.1 端面微孔机械密封发展概况  16-17
    1.3.2 端面微孔机械密封理论研究进展  17-18
    1.3.3 端面微孔机械密封实验研究进展  18-19
  1.4 激光技术在机械密封端面加工中的应用  19-21
    1.4.1 激光加工“返流泵送”结构  19-20
    1.4.2 激光硬化密封端面  20
    1.4.3 激光加工多孔密封端面  20-21
  1.5 课题研究的意义  21-22
  1.6 课题来源与主要研究工作  22-23
  1.7 课题的创新点  23
  1.8 本章小结  23-24
第2章激光加工多孔端面机械密封的流体力学分析  24-31
  2.1 端面微孔机械密封典型结构、工作原理及应用  24-27
    2.1.1 端面微孔机械密封的典型结构  24
    2.1.2 端面微孔机械密封的工作原理及机理  24-26
    2.1.3 端面微孔机械密封的应用概况  26-27
  2.2 流体动压型机械密封理论基础  27-30
    2.2.1 Reynolds 方程的一般形式  27-29
    2.2.2 等温稳态条件下的 Reynolds 方程  29-30
    2.2.3 动压型机械密封的控制方程  30
  2.3 本章小结  30-31
第3章多孔密封端面密封性能的理论分析  31-39
  3.1 端面微孔机械密封的参数  31
    3.1.1 结构参数和操作参数  31
  3.2 密封性能参数  31-32
  3.3 泄漏量  32-35
    3.3.1 多孔端面密封泄漏量的计算  32-35
  3.4 摩擦功耗  35-38
    3.4.1 密封端面间的摩擦力  36
    3.4.2 密封端面间的摩擦力计算  36-38
    3.4.3 密封端面间摩擦功耗的确定  38
  3.5 本章小结  38-39
第4章密封性能参数的计算及优化  39-48
  4.1 理论模型  39-41
    4.1.1 数学变换  40-41
  4.2 液膜压力的计算结果及分析  41-44
    4.2.1 液膜三维压力分布  42
    4.2.2 微孔半径对无量纲压力的影响  42-43
    4.2.3 微孔深度对无量纲压力的影响  43-44
    4.2.4 微孔密度对无量纲压力的影响  44
  4.3 泄漏量的计算与优化设计  44-46
    4.3.1 泄漏量与微孔深度的关系  44-45
    4.3.2 泄漏量与微孔深度的关系  45-46
  4.4 摩擦功耗的计算及分析  46-47
    4.4.1 摩擦功耗的计算分析  46-47
  4.5 本章小结  47-48
结论与展望  48-50
  5.1 结论  48
  5.2 展望  48-50
参考文献  50-55
致谢  55-56
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文  56-57
附录B 程序  57-68

基于MATLAB的端面微孔机械密封性能参数计算及优化

内容摘要

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