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        初始力变形对船舶艉轴机械密封温度场的影响

        来源真空技术网www.ismp.tw青岛理工大学机械工程学院作者许杨

        机械密封温度场传统分析方法不考虑初始力变形对温度场影响假设认为密封端面平行计算得到密封环温度与实际温度存在较大的偏差建立考虑初始力变形的艉轴密封装置的有限元模型运用ANSYS 分析软件通过间接耦合法研究特定工况下船舶艉轴机械密封端面温度的分布规律及密封环内温度沿轴向的变化规律并与传统方法结果进行比较结果表明提出的数值分析方法考虑了初始力变形的作用得到的密封端面径向最高温度发生在靠近端面变形后实际接触的内径位置而不是传统方法的靠近内径处相比传统方法提出的数值分析方法计算得到的端面比压更大端面温度更高尤其是在高温高压的工况以及采用弹性模量较小的密封材料时

        机械密封正常工作时由于动?#19981;?#30340;相互贴合并相对转动而产生摩擦热导致密封环特别是密封端面的温度升高密封环的温度升高会产生一系?#26800;?#38382;题如端面温度升高有可能使液膜汽化导致密封工作的不稳定 密封端面磨损加剧缩短密封使用寿命 使密封环内的温度梯度增大产生热变形改变端面的润滑和接触状态增加端面间的磨损和泄漏当密封端面间的热应力过大时还会导致端面热裂所以研究机械密封的温度场具有重要意义许多学者对密封副的温度场进行了研究但由于密封环的结构和边界条件以及变形情况复杂传统的间接耦合法往往假设密封端面平行而实际机械密封在运行前因受介质压力的影响始终存在力变形忽略初始的力变形虽然简化了计算但计算精度降低尤其是在高温高压工况下计算结果偏差较大

        本文作者利用ANSYS13.0 对某大型船舶的艉轴密封装置进?#24418;?#24230;场分析以应力场的计算结果为基础建立了考虑初始力变形的具有收敛间隙的计算模型得到了端面温度的分布规律及密封环内温度沿轴向的变化规律并将计算结果与传统法结果进行比较得出考虑初始力变形的计算模型比传统计算模型更加准确

        1几?#25991;?#22411;的建立

        1.1基本假设

        由于机械密封温度场以及边界条件非常复杂为了提高效率作以下假设:

        (1) 密封环具有或近似具有轴对称结构边界条件也是轴对称的所以假设温度场的分布也是轴对称的

        (2) 环内温度分布不随时间变化即温度场是稳态的

        (3) 密封面间泄漏量很小忽略泄漏所带走的摩擦热假定摩擦热全部由密封环传递

        (4) 忽略因热辐射产生的热损?#27169;?/p>

        (5) 分析时将动?#19981;?#20316;为整体考虑避免密封环间的热量分配比的计算

        1.2计算模型的结构

        假设艉轴机械密封模型是轴对称模型因此取艉轴机械密封的横截面进行求解计算其横截面主要计算尺寸如图1所示

        初始力变形对船舶艉轴机械密封温度场的影响

        图1 模型主要几何尺寸(mm)

        1.3工况及物性参数

        研究的密封为软硬配对组合动环采用碳化硅?#19981;?#36873;用?#38469;?#22696;密封环材料参数见表1工作参数为主轴转速100 r /min面积比0.8弹簧比压0.15MPa密封介质压力为0.1MPa密封介质为20 的海水根据相关船舶实际运行情况和相关文献资料选取?#38469;?#22696;作密封环时因?#38469;?#22696;具有自润滑性使其在与碳化硅配对进入稳定状态后摩擦因数很小?#20063;?#21160;很小故取摩擦因数为0.1密封介质参数见表2

        表1 密封环材料参数

        初始力变形对船舶艉轴机械密封温度场的影响

        表2 密封介质参数

        初始力变形对船舶艉轴机械密封温度场的影响

        2结论

        (1) 在考虑初始力变形的作用时密封端面径向最高温度发生在靠近端面变形后实际接触的内径位置与传统法计算得到的密封端面最高温度发生在靠内径处且沿径向逐渐减小不同

        (2) 在考虑初始力变形的作用时计算得到的端面比压比传统方法更大端面温度更高

        (3) 初始力变形改变了密封端面接触宽度尤其是在高温高压的工况环境下对机械密封性能产生重大影响在设计计算中是不容忽略的在设法降低密封端面温度的设计时应?#22791;?#21464;密封环结构或采用端面预变形等方法尽量使两接触端面在受到介质压力作用下达到平行

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        http://www.ismp.tw/mechanical-seal/10186773.html

        与 机械密封 机械密封,温度场,端面比压 相关的文?#34385;?#38405;读

        机械密封http://www.ismp.tw/mechanical-seal/

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