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船舶尾轴机械密封端面比压研究及对密封性能影响

姚翠翠  
【摘要】:机械密封凭借泄漏量少、密封性能好、耐久性等优点而逐渐应用于船舶的尾轴密封中,并成为船舶推进系统的重要组成部分。配对的密封环因具有复杂的耦合关系而导致密封端面容易出现局部高温或高应力,因此动、静环接触端面之间合适的端面压力就显的尤为重要。开展船舶尾轴机械密封端面比压的研究及其对密封性能影响具有重要的意义和实用价值。 本论文以船舶尾轴所用的机械密封为研究对象,展开了对端面比压数学模型的建立,并对密封环的温度场、位移变化量、泄漏量等方面进行理论分析,最后自行设计一套密封试验系统进行试验验证。 1、构建端面比压的数学模型。简化密封环结构,以动环作为平衡体进行载荷分析,推导出端面比压与其他参数的关系,并分析各个参数量对端面比压的影响。结果表明,在密封环形状和润滑介质确定时,关系式反映出仅有初始阶段施加于动环的预紧力影响端面比压大小。 2、基于ANSYS有限元仿真,分析密封环的密封特性。建立密封环的热—结构耦合模型和热—力耦合模型,得到静环接触端面的温度分布、位移变化量和锥度的大小;同时在ANSYS中建立静环的三维模型并对其端面比压和位移变化量进行分析;从微观角度和宏观角度分别对泄漏量进行理论计算,并将其进行叠加,得到不同端面比压情况下的密封环泄漏量。 3、端面比压对机械密封性能影响的试验研究与分析。利用自行设计的尾轴密封试验系统从多方面对密封性能进行评价,即测量密封环接触端面的端面温度、端面比压、泄漏量等数值。对测量的端面温度、端面比压、泄漏量、接触端面位移变化量等值进行分析和对比,并将在不同端面比压时测量的试验值与理论值进行分析和对比。结果表明,测试值与理论值基本一致,验证了理论分析的准确性。


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