存在缺陷的镶装式机械密封贮存变形研究
在自然贮存过程中，由于受到结合压力的长期作用，某涡轮泵上的镶装式机械密封静环组件的静环座发生蠕变变形，造成静环端面发生变形。加工或装配过程中产生的缺陷（如静环内外圆偏心、过盈量偏差、镶装偏斜等）加剧了静环组件端面变形，最终引起密封失效。本文针对镶装式机械密封的静环组件，采用数值模拟和加速试验的方法，研究各种缺陷对静环组件端面变形的影响。 采用ANSYS Workbench软件，基于Norton-Bailey蠕变模型，建立静环组件自然贮存变形有限元模型，得到了自然贮存过程中各种静环组件端面变形规律，同时得到了各种缺陷对静环组件端面变形的影响。研究结果表明，存在镶装偏斜缺陷的静环组件端面变形最大，静环内外圆偏心缺陷次之，过盈量偏差缺陷和正常最小。在周向上，存在静环内外圆偏心和镶装偏斜缺陷的静环组件端面变形为马鞍型。存在过盈量偏差缺陷和正常的静环组件几乎无马鞍型变形。在径向上，各种静环组件端面变形呈现出锥形，即内高外低。静环内外圆偏心和镶装偏斜缺陷加剧了静环组件端面变形，后者的影响更加明显。过盈量偏差缺陷不会加剧静环组件端面变形。 采用ANSYS Workbench软件，基于Norton-Bailey蠕变模型，建立静环组件温度循环加速贮存变形有限元模型，得到了温度循环加速过程中静环组件端面变形规律，得到了不同的温度循环应力对静环组件端面变形加速效果。结果表明，温度循环应力对静环组件端面变形有加速效果。温度循环加速过程中，静环组件端面变形规律与自然贮存一致。循环区间对温度循环应力的加速效果影响较大，保持时间影响较小。 制造了存在缺陷的静环组件，设计了静环组件端面变形试验装置，进行了温度循环加速贮存变形试验，得到了不同温度循环应力对静环组件端面变形的加速效果，得到了各种静环组件端面变形规律，同时得到了各种缺陷对静环组件端面变形和镶装式机械密封密封性能的影响。结果表明，循环区间越大，对静环组件端面变形的加速效果越明显。存在静环内外圆偏心和镶装偏斜缺陷的静环组件端面呈现出马鞍型变形，而存在过盈量偏差和正常的静环组件未出现马鞍型变形。镶装偏斜缺陷能加剧静环组件端面变形，而静环内外圆偏心缺陷的加剧效果不大，过盈量偏差缺陷无加剧效果。验证了自然贮存和温度循环加速过程模拟分析的准确性。镶装偏斜缺陷导致的静环组件端面变形对镶装式机械密封的密封性能影响较大，其它缺陷影响很小。 本文对改善镶装式机械密封的加工和装配工艺以及提高涡轮泵的贮存寿命具有重要意义。
涡轮泵;镶装式机械密封;静环组件;缺陷类型;端面变形
北京化工大学
硕士
机械工程
马润梅;张铁钢
2020
中文
TH3;TH136
2020-11-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）