静压式机械密封结构参数研究及优化设计

针对一种收敛间隙静压式机械密封,建立流场的数值计算模型。采用有限元方法,在密封闭合力一定的条件下,对端面结构参数对密封性能的影响进行研究。利用MATLAB优化工具箱软件,以最大静态刚度为优化目标,对结构参数进行优化设计。结果表明,密封端面锥角和转折半径均对密封性能有显著影响。通过优化设计,可以得到在一定泄漏量范围内实现最大静态刚度的设计参数。

流体静压型机械密封的半解析式流固耦合模型

提出一种适用于流体静压型机械密封的半解析式流固耦合分析模型。根据典型流体静压型机械密封的结构特点和工作原理,在圆环变形理论的基础上发展求解密封环机械变形的解析方法,以有限元法验证其正确性并确定其适用范围。以密封环机械变形和间隙流场计算的解析方法为基础,以密封环变形偏转角作为流体域和固体域的计算传递参数,提出流体静压型机械密封的半解析式流固耦合模型。基于所提出的半解析式流固耦合模型,求得某一工况条件下的压力分布、泄漏率和液膜刚度等参数,并与纯流场计算结果进行对比。并进一步研究密封端面初始锥角和螺钉预紧力等因素对密封性能的影响规律。所研究内容为流体静压型机械密封的流固耦合研究提供一种便捷、高效的方法。

静压式机械密封流固耦合的理论分析

针对一种收敛间隙静压式机械密封,建立了机械密封流固耦合模型,采用有限元方法求解不可压缩Reynolds方程,得到密封间隙流体压力分布,采用ANSYS有限元软件计算密封组件的弹性变形,利用两者之间自动迭代计算实现流固耦合分析。结果表明,高压工况下,静压式机械密封间隙的压力分布受到密封端面变形的影响,同时又会影响到端面的变形。该流固耦合分析考虑了密封组件之间的接触摩擦和预紧作用,能够准确反映高压流体和密封结构的相互影响。计算得到的泄漏量与实验值吻合,对特殊工况下静压式机械密封的流固耦合研究具有参考意义。