金属波纹管机械密封的有限元分析及实验验证

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1、７单位代号：１００１学导：２０１２０２０１６＾化索石油化义《炼硕±研究生学位论文题目金属波纹管机械密封的有限元分析及实验验证研究生吴卫杰专业领域机械工程校内导师刘录教授校外导师郑学鹏高工曰期：２０１５年６月１９曰北京石油化工学院学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中明确方式标明

2、。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。足义＾日期钟／么目作者签名：支：心化＾关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京石油化工学院有关保留和使用学位论文的规定，目Ｐ；研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京石油化工学院。学校有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅和借阅；学校可公布学位论文的全部或部分内容，可Ｗ允许采用影印、缩印或其它复制手段保存。、汇编学位论文□论文暂不公开注释：本学位论文属于暂不公开范围，在年解＿＿密后适用本授权书。Ｖ非暂不

3、公开论文注释：本学位论文不属于暂不公开范围，适用本授权书。心如２＇／ｊ作者签名：曰期：《飾＇校内导师雜名‘知；日期；７学位论文数据集中图分类号TH4学科分类号460·15论文编号1001720152016密级公开学位授予单位代码10017学位授予单位名称北京石油化工学院作者姓名吴卫杰学号201202016获学位专业名称机械工程获学位专业代码085201过程流体装备设计及可课题来源非立项研究方向靠性技术论文题目金属波纹管机械密封的有限元分析及实验验证关键词机械密封，金属波纹管，有限元分析，接触，非线性论文答辩日期2015年5月31日

4、*论文类型应用研究学位论文评阅及答辩委员会情况姓名职称工作单位学科专长校内指导教师刘录教授北京石油化工学院化工机械校外指导教师郑学鹏高工SEI化工机械评阅人1评阅人2评阅人3评阅人4北京京城机电控股答辩委员会主席穆东辉高工机械工程有限责任公司答辩委员1穆东辉高工北京京城机电机械工程答辩委员2高锦宏教授北京石油化工学院机械工程答辩委员3俞建荣教授北京石油化工学院机械工程答辩委员4黄民双教授北京石油化工学院光机电装备技术答辩委员5王殿君教授北京石油化工学院机械工程注：一.论文类型：1.产品研发2.工程设计3.应用研究4.工程/项目管理5.调研报告6.其

5、他二.中图分类号在《中国图书资料分类法》查询。三.学科分类号在中华人民共和国国家标准（GB/T13745-9）《学科分类与代码》中查询。四.论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。摘要金属波纹管机械密封的有限元分析及实验验证摘要金属波纹管机械密封是高温工况下应用极其广泛的一种动密封结构，随着使用工况的不断变化，金属波纹管机械密封因其轴或轴套不受磨损、浮动性好、不易堆积杂物等诸多优点被大量应用。本文通过运用ANSYS12.0有限元商业分析软件，根据金属波纹管机械密封的使用工况、使用压力、使用轴径对模型进行模拟分析，最终得到在一定条件下，波纹管直径

6、变化对机械密封端面受力、变形和波纹管应力的影响。通过ANSYS模拟计算得到了：(1)金属波纹管机械密封的波纹管直径改变（其他尺寸不变）对波纹管的受力影响不明显，最大误差小于10%。挤压成型金属波纹管在压缩和受压时，最大应力出现在波峰和波谷处。非对称金属波纹管的应用可以改善波谷和波峰的受力情况。(2)金属波纹管机械密封随着直径的增加，密封端面变形变大，接触间隙变宽，接触面减小，接触应力的最大值增大。(3)在过盈装配过程中，不对称的配合会产生转矩，使端面产生变形，机械密封直径越大，变形越大，在装配过程中增大配合面的比例，减小非配合部位的结构尺寸将会大大

7、改善密封环端面的变形情况。(4)本文通过端面比压、载荷系数、反压系数、介质压力的关系绘制了介质压力、波纹管压缩量和端面比压的关系图，方便波纹管压缩量的选取和判定端面比压的大小。通过实验验证了：(1)在金属波纹管机械密封压缩和受外压的情况下，端面变形是真实存在的，且和有限元分析结果接近；这种变形使得密封端面外径接触，内径不接触，出现了接触间隙，在受外压的情况下(和试验中一样)，高转速会引起大的动压效应。(2)机械密封通过跑和可以减轻端面变形造成的影响，减小端面动压效应，使机械密封运行趋于平稳。通过本文的有限元模拟和实验验证，得出金属波纹管机械密封直径

8、变化对端面变形影响的规律，对工程实践有一定的指导意义。关键词：机械密封，金属波纹管，有限元分析，接触，非线性IABSTRA