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深海环境模拟器结构设计与研究

作　者: 路道庆
导　师: 于兰英
学　校: 西南交通大学
专　业: 驱动技术与智能系统
关键词: 压力舱深海水密信号接插件密封性能接触压力
分类号: TH766
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 146次
引　用: 2次
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内容摘要

随着海洋开发活动的深入,人们设计了各种各样的在深海环境作下业的设备。而这些设备在投入使用之前,必需进行深海环境下的试验。因为直接进行海试周期较长且费用高昂,所以必需设计一种能够模拟深海环境的模拟器。本文对深海环境模拟器的主要组成部分——压力舱、深海水密信号接插件及高压转轴密封进行了结构设计和研究。压力舱结构的可靠性、开启安装的方便性以及密封结构的可靠性对深海环境模拟器的性能具有重要影响。本文第一部分提出了一种新的压力舱结构设计方案,并对其各个组成部件进行了设计和有限元应力分析校核。对应用于高压环境下的O形圈密封结构进行了有限元分析,得出了不同设计参数对密封面最大接触压力和对O形圈的最大剪切应力的影响,并参照分析结论设计了压力舱平盖上的O形圈静密封结构。深海水密信号接插件的接触性能和密封性能直接影响到深海环境模拟器的信号传输。本文第二部分通过对比三种深海水密信号接插件的结构设计方案,得出了最优的结构设计方案。对最优设计方案的关键零件进行了结构设计和材料选择,保证了深海水密信号接插件的接触稳定性,同时应用有限元软件对深海水密信号接插件的关键密封结构进行了分析,得出了不同设计参数对密封性能的影响,为优化密封结构设计奠定了理论基础。高压转轴密封的性能好坏,对压力舱内压力的恒定性具有重要影响。本文第三部分对高压转轴唇形组合密封结构进行了有限元分析,并结合分析结果对唇形组合密封结构的试验结果进行了分析。针对唇形组合密封结构在试验中出现的问题,在唇形组合密封结构的基础上改进并提出了一种齿形组合密封结构,并且利用有限元软件对其初始安装过盈量进行了优化设计。本文所得出的结论和结构都经过相关试验验证,具有原创性。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-26
  1.1 高压容器简介  12-17
    1.1.1 高压容器的筒体结构简介  13
    1.1.2 高压容器的密封结构简介  13-17
  1.2 深海水密信号接插件简介  17-19
    1.2.1 水密信号接插件的发展历史  17-18
    1.2.2 水密接插件的分类  18
    1.2.3 水密信号接插件的国内外现状  18-19
  1.3 密封简介  19-25
    1.3.1 密封及其分类  19-20
    1.3.2 流体动密封简介  20-21
    1.3.3 O形圈的密封机理及密封的设计  21-25
  1.4 本论文的主要研究内容及意义  25-26
第2章压力舱结构设计及有限元分析  26-52
  2.1 35MPa压力舱工艺要求  26
  2.2 压力舱筒体及底部端盖的结构设计与有限元分析  26-32
    2.2.1 压力舱筒体壁厚的计算  26-27
    2.2.2 压力舱底部端盖的设计  27-28
    2.2.3 压力舱筒体及底部端盖的有限元分析校核  28-32
  2.3 压力舱上部平盖的结构设计与有限元分析  32-35
    2.3.1 压力舱上部平盖的结构设计  32-33
    2.3.2 压力舱上部平盖的有限元分析校核  33-35
  2.4 压盖的结构设计  35-39
    2.4.1 许用挤压应力校核设计压盖内径  35-36
    2.4.2 螺纹副抗挤压强度校核计算  36
    2.4.3 螺纹抗剪切强度校核计算  36-37
    2.4.4 螺纹抗弯曲强度校核  37
    2.4.5 螺纹副自锁性能校核  37-38
    2.4.6 筒体螺纹部分抗拉强度校核计算  38-39
  2.5 O形橡胶圈密封结构的有限元分析  39-46
    2.5.1 计算模型  39-40
    2.5.2 计算结果及分析  40-46
  2.6 基于O形圈的压力舱密封结构设计  46-49
  2.7 压力舱耐压试验  49-51
    2.7.1 耐压试验试验压力计算  49-50
    2.7.2 耐压试验试验条件、方法及结果  50-51
  2.8 本章小结  51-52
第3章深海水密信号接插件结构设计及分析  52-71
  3.1 深海水密信号接插件结构设计方案选择  52-53
    3.1.1 方案一  52
    3.1.2 方案二  52-53
    3.1.3 方案三  53
  3.2 关键零件材料的选择  53-55
    3.2.1 密封材料选择  53-54
    3.2.2 接触件材料选择  54-55
    3.2.3 绝缘固定板材料选择  55
  3.3 深海水密信号接插件关键部位结构设计  55-58
    3.3.1 安装座结构设计  55-56
    3.3.2 接触件及绝缘固定板设计  56-57
    3.3.3 多重密封结构设计  57-58
  3.4 深海水密信号接插件密封结构有限元分析  58-66
    3.4.1 有限元模型的建立  58-59
    3.4.2 计算结果分析  59-66
  3.5 耐压试验  66-69
    3.5.1 接触件接触性能测试  68
    3.5.2 各通路之间绝缘性能测试  68-69
  3.6 本章小结  69-71
第4章高压转轴密封结构设计及有限元分析  71-91
  4.1 概述  71-72
  4.2 高压转轴密封结构设计  72-74
  4.3 唇形组合密封有限元分析  74-80
    4.3.1 唇形组合密封有限元模型的建立  75-76
    4.3.2 计算结果分析  76-80
  4.4 试验现象与结果分析  80-83
    4.4.1 试验设备及方法  80-81
    4.4.2 试验现象与结果分析  81-83
  4.5 对唇形组合密封的改进  83-90
    4.5.1 组合密封结构的改进  83-84
    4.5.2 改进后的齿形组合密封结构的有限元分析  84-88
    4.5.3 聚四氟乙烯材料改性  88-90
  4.6 本章小结  90-91
结论及展望  91-93
致谢  93-94
参考文献  94-98
攻读硕士学位期间发表的论文及申请的专利  98

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