学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

LaserFace液体润滑端面密封数值模拟与型槽结构优化设计

作　者: 唐飞翔
导　师: 彭旭东
学　校: 浙江工业大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 机械密封激光脸端面空化有限元密封性能
分类号: TH136
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 7次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

LaserFace机械端面密封(LF-MS)是密封制造商John Crane公司于20世纪末发明的新型端面密封,它不仅极大地改善了端面间的润滑效果,而且有效地控制了泄漏率,且不需要额外的冷却系统,特别适合密封热水、液态烃和液氨等润滑效果差的易汽化介质。但是到目前为止,John Crane公司仅以介绍LF-MS产品的优异性能为主,很少见到公开发表的有关设计理论与方法。因此,开展相关理论研究十分必要。首先,本文基于液体润滑理论,考虑密封端面间润滑液膜的空化现象,建立了基于质量守恒的LF-MS二维数学分析模型,采用SUPG有限单元法求解雷诺方程,计算出最大液膜压力、端面开启力和泄漏率并与有关文献值进行了对比分析,验证了本文计算方法的正确性,奠定了后续理论研究的基础。其次,分别以引流槽端面密封和回流槽端面密封为几何研究对象,获得了两种密封的端面液膜压力分布图及密度比分布图,研究并提出了操作参数和几何结构参数对两种密封性能的影响规律,从理论上证明引流槽具有将液体引入密封面的作用,回流槽具有回流泵送的能力,且得出了相应的密封性能规律曲线。再其次,分析了引流槽和回流槽两种型槽协同作用时(即LF-MS)的密封性能,给出了组合型槽端面几何结构参数优选值范围。最后,提出了LF-MS的5种不同槽底变深结构形式,并对其密封性能进行分析比较,结果表明,尽管LF-MS的变深结构对液膜压力分布影响较小,但加剧了液膜端面的空化程度,且与等深槽相比,变深结构形式能够改善密封整体性能,尤其以收敛引流槽与变深回流槽相组合的组合型槽端面密封的性能最佳。本文的研究成果为LF-MS的深入研究提供了一定的理论基础,并且为其端面型槽的设计方法提供了参考,具有重要的理论意义及工程指导意义。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
符号说明  10-12
第1章绪论  12-21
  1.1 课题背景、目的及意义  12-13
  1.2 液体润滑机械密封研究现状  13-17
    1.2.1 上游泵送机械密封研究现状  14-15
    1.2.2 微孔结构机械密封研究现状  15-16
    1.2.3 LF-MS研究现状  16-17
  1.3 空化问题的研究现状  17-19
  1.4 存在问题  19
  1.5 研究内容及步骤  19-21
    1.5.1 研究内容  19
    1.5.2 研究步骤  19-21
第2章 LaserFace液体润滑端面密封分析方法  21-32
  2.1 端面几何结构定义  21-22
  2.2 数学模型  22-24
    2.2.1 液膜压力控制方程  22-23
    2.2.2 空化边界的选取  23-24
    2.2.3 计算域边界条件  24
  2.3 数值计算方法  24-29
    2.3.1 有限元基础  24-25
    2.3.2 变分方程的建立及离散  25-26
    2.3.3 程序计算流程  26-27
    2.3.4 程序验证  27-29
  2.4 密封性能参数  29-31
  2.5 本章小结  31-32
第3章引流槽端面密封与回流槽端面密封的性能研究  32-49
  3.1 引流槽密封性能研究  32-40
    3.1.1 几何结构及计算参数  32
    3.1.2 端面液膜压力p与密度比θ分布  32-34
    3.1.3 操作参数对INLET型槽端面密封性能的影响  34-36
    3.1.4 结构参数对INLET型槽端面密封性能的影响  36-40
  3.2 回流槽密封性能研究  40-47
    3.2.1 几何结构及计算参数  40
    3.2.2 端面液膜压力p与密度比θ分布  40-41
    3.2.3 操作参数对RETURN型槽端面密封性能的影响  41-44
    3.2.4 结构参数对RETURN型槽端面密封性能的影响  44-47
  3.3 本章小结  47-49
第4章 LaserFace两种不同型槽协同作用研究  49-60
  4.1 几何结构及计算参数  49-50
  4.2 端面液膜压力p与密度比θ分布  50-51
  4.3 操作参数对LF-MS密封性能的影响  51-53
    4.3.1 密封压力的影响  51
    4.3.2 转速的影响  51-52
    4.3.3 膜厚的影响  52-53
  4.4 几何参数对LF-MS密封性能的影响  53-58
    4.4.1 引流槽径向长度比的影响  53-54
    4.4.2 引流槽弧长比的影响  54-55
    4.4.3 回流间距比的影响  55-56
    4.4.4 月牙槽长短轴比的影响  56-57
    4.4.5 不同槽深组合的影响  57-58
  4.5 本章小结  58-60
第5章 LaserFace变深结构密封性能研究  60-65
  5.1 LaserFace变深结构的计算模型  60-61
  5.2 端面液膜压力p与密度比θ分布  61-62
  5.3 密封压力对LF-MS变深结构密封性能的影响  62-63
  5.4 转速对LF-MS变深结构密封性能的影响  63-64
  5.5 本章小结  64-65
第六章结论与展望  65-68
  6.1 主要完成的工作  65
  6.2 结论  65-66
  6.3 创新点  66
  6.4 展望  66-68
参考文献  68-72
致谢  72-73
攻读学位期间参加的科研项目和成果  73

LaserFace液体润滑端面密封数值模拟与型槽结构优化设计

内容摘要

全文目录

相似论文