若干因素对油封泵汲率影响的实验及数值模拟研究

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1、若干因素对油封泵汲率影响的实验及数值模拟研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：侯激波指导教师：赵良举教授专业：动力工程及工程热物理学科门类：工学重庆大学动力工程学院二O一七年十月ExperimentalStudyoftheEffectofSeveralFactorsonPumpingRateandNumericalSimulationofOilSealAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngine

2、eringByHouJiboSupervisedbyProf.ZhaoLiangjuSpecialty:PowerEngineeringandEngineeringThermophysicsCollegeofPowerEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaOctober,2017中文摘要摘要油封广泛应用于各种机械设备中，而油封密封失效会对设备以及环境造成严重影响，因此油封的可靠密封设计变得尤为重要。然而仅通过实验来判断油封设计是否合格是一种成本高且效率低的方法，因此可以通过数值模拟为实验提供方向，减少

3、实验的次数以及试错成本。本文通过实验与数值模拟相结合的方法研究油封的动态密封机理及其生热散热情况，实验部分是将油封反装在油封试验机上，然后改变若干因素（过盈量、轴转速、油腔油温、弹簧劲度系数以及轴表面粗糙度），并测量油封的泵汲率。数值模拟分为两部分：一是用有限元分析软件对实验所用油封建立二维轴对称模型，并模拟不同弹簧参数和过盈量的情况下，油封唇口接触应力分布；二是用CFD软件建立实验所用油封的二维轴对称生热散热数值模型，并分析不同过盈量、轴转速和油腔油温对油膜厚度和油封唇口生热散热情况的影响。实验结果表明，过盈量、轴转速、油腔油温、弹簧劲度系数以及轴表面粗糙

4、度均对油封泵汲率有显著影响。在轴表面粗糙度为0.2μm的情况下，随着过盈量、弹簧劲度系数和油腔油温的增加，泵汲率均呈下降趋势，而随着轴转速的增加，泵汲率呈上升趋势，且这四个因素对泵汲率的影响从大到小依次为过盈量、弹簧劲度系数、油温和轴转速。有限元模拟结果表明，弹簧的有无以及过盈量的改变均对油封唇口的接触应力分布有显著影响。随着弹簧劲度系数和过盈量的增加，径向接触载荷、接触宽度和最大接触应力均增加，且预紧力对油封唇口接触应力的影响大于弹簧劲度系数的影响。CFD模拟结果表明，在接触宽度内，油封唇口表面温度高于轴表面温度，油封唇口产生的热量大部分（98%以上）导入

5、轴中，然后通过轴与空气和油的对流换热导出。油封唇口的生热率随轴转速和过盈量的增加而增加，而油温的增加使油封唇口的生热率减小。油膜厚度与轴转速呈正相关，与油温和过盈量呈负相关。将有限元分析得到的油封唇口接触应力梯度以及CFD模拟得到的油膜厚度代入泵汲率的计算式，可以计算出油封的泵汲率。泵汲率计算值与实验数据有一定差距，然而两者的变化趋势是相同的。关键词：油封，泵汲率，接触应力，油膜厚度，生热率I英文摘要ABSTRACTOilsealiswidelyappliedinallkindsofmechanicalequipment.Thesealingfailureo

6、foilsealhasaseriouseffectonequipmentandenvironment,sothereliabledesignofoilsealisparticularlyimportant.Wecanestimatewhetherthedesignofoilsealisqualifiedbyexperiment,butitisnotonlyexpensivebutalsoinefficient,therefore,wecanprovideadirectionforexperimentandreducethetimesandcostofexpe

7、rimentthroughnumericalsimulation.Inthispaper,experimentandnumericalsimulationarecombinedtostudythedynamicsealingmechanismandheatgenerationheatdissipationofoilseal.Inexperimentalsection,theoilsealisinstalledontheoilsealtestingmachinereversely,thenthepumpingrateofoilsealismeasuredwhe

8、nseveralfactors(interferen