中间环式机械密封动态分析

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可控中间环式机械密封是一种新型中间环速度可控的机械密封装置。本文根据查阅的相关文献,对传统的机械密封装置的发展状况、工作原理和典型的结构进行了介绍;对比传统机械密封工作的利弊,引入了新的结构设计;并分析了在平稳运行的情况下密封环发生振动时对密封装置中主要参数的影响。  针对非接触式机械密封在低转速状态下密封面相对转速的不稳定性,通过对传统机械密封整体原理和结构的充分分析,运用TRIZ理论,以技术冲突为切入点,运用39个工程参数和40条发明原理解决技术冲突的矛盾,并转化为特定的解——“调节器原理(24)”和“组合原理(5)”,并由此采取设置速度可控的中间旋转环的方法,改善了非接触式机械密封在低转速状态下密封面相对转速低且不稳定性的现状,提高了机械密封的工作稳定性和使用寿命。并根据调节器原理和组合原理,选取齿轮轮系为改变中间环转速的驱动装置,对整个装置进行结构设计和可行性分析。  在机械密封系统中,泄漏量和使用寿命是评价其性能的主要指标,而在实际运行中,由于受到工况条件或密封本身变化的影响,密封环或多或少的会产生振动,从而影响到整个密封系统的正常运行,所以,对其振动产生的影响进行研究是非常关键的。  (1)在加入了中间环的基础上,选取中间环和静环为研究对象,以静环为浮动环进行受力分析,确定对参数泄漏量、接触力,液膜力等计算方程进行推导。  (2)在密封系统运行平稳的基础上分析其运动特点,在增加密封环的章动和进动的情况下建立振动的模型,并推导静环的轴向受力方程和泄漏量的计算方程,并将章动角和进动角产生的影响结合起来,推导密封环端面的液膜力和和接触力的方程,最后在耦合运动情况下分析了泄漏量的变化。  (3)根据推导出的方程,利用MATLAB编程,分别分析了在改变端面夹角、弹簧刚度、内外介质压力的情况下对密封的轴向位移、液膜压力、接触力、泄漏量等参数的影响,并对参数改变情况下对整个密封系统产生的影响进行了分析。对于端面夹角,夹角增大液膜压力和总的液膜压力增大,接触力减小,泄漏量增大;对于弹簧刚度,刚度越大,总的液膜压力减小,接触力增大,泄漏量减小;对于内外介质压力的变化造成的影响,内介质压力的变化对密封振动的影响相比外介质压力的影响较弱一些,外介质压力越大,密封介质越容易进入密封端面,造成端面液膜压力增大,接触力减小,内外径压差增大会导致泄漏量增多.  四个参数的改变都会对密封系统产生影响,但只要参数取值在规定的范围内,密封环之间被破坏掉的平衡会重新建立,虽然最终不会对整个密封系统的运行造成较大的破坏,但是会对系统造成不利影响。
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