水下航行器中间旋转环式机械密封性能分析.pdf

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1、第29卷第2期2016年4月中国修船CHINASHIPREPAIRV01．29No．2Apr．2016水下航行器中间旋转环式机械密封性能分析王建，孟祥坤，邹力，刘正林(武汉理工大学能源与动力工程学院，湖北武汉430063)摘要：根据水下航行器的不同工况，借助Ansys对中间旋转环式机械密封进行仿真分析其密封性能，为该密封装置在水下航行器上的应用提供理论支持。关键词：中间环式机械密封；有限元；热一结构耦合分析中图分类号：U672doi：10．13352／j．issn．1001—8328．2016．02．008Abstract：Accor

2、dingtothedifferentoperatingconditionsoftheunderwatervehicle，thesealingperformanceoftheintermediaterotaryringmechanicalsealissimulatedviaAnsys，whichprovidestheoreticalsupportfortheapplicationofthesealonaship．Keywords：intermediaterotaryringmechanicalseal；finiteelement；cou

3、plingofthermal—structureanalysis机械密封具有泄漏量少、寿命长、摩擦耗功小、无磨损、密封参数高等优点¨以J。随着水下航行器大型化、现代化的发展，其艉轴直径及艉轴机械密封尺寸较大，线速度较高，加之海水介质压力较大，易出现局部温升过高，甚至出现汽化和密封环开启现象，导致密封失效∞“J。应用更好的机械密封方式来减小密封环间的相对速度，降低密封环温度，保证机械密封稳定运转。国内外目前机械密封的研究仍存在不足，比如潜艇艉轴机械密封通常采用平面动静环结构形式，中间旋转环式机械密封在潜艇的应用仍存在问题。1建立中间旋转

4、环式机械密封有限元模型中间旋转环式机械密封结构如图1所示。动环、中间环、静环以及动环座和静环座是中间旋转环式机械密封系统的关键部件，其在各种载荷的作用下产生变形等现象将直接影响密封的性能。因此主要对3个密封环、动环座和静环座以及各部件周围介质(空气、海水)组成的密封系统进行力学性能方面的研究。根据中间旋转环式机械密封示意图，建模时动环与中间环、静环与中间环间采用整体接触法，柔体一柔体接触类型和面一面1一艉轴；2一中间环驱动装置；3一静环座；4一弹簧座；5一弹簧；6一静环；7一中间环；8一动环；9一动环座；10一密封圈；11一支撑轴承。

5、图1中间旋转环式机械密封示意图接触方式符合实际情况。机械密封环是轴对称的，即结构尺寸和其各载荷都是轴对称的，故可用一轴向截面来代替三维模型进行分析。2中间旋转环式机械密封稳态热一结构耦合分析艉轴机械密封是在一定的外部海水压力及转速下工作的，旋转体与固定体之间的受力比较复杂。中间环与静环和动环分别形成2个密封副，摩擦会导致密封环温度升高，产生热变形与热应力，使得接触区域发生变化，此变化又会影响到滑动摩擦生基金项目：国家自然科学基金重点项目(51139005)作者简介：王建(1992-)，男，河南洛阳人，在读硕士研究生，研究方向为船舶动力

6、装置系统性能分析、载运工具应用工程。·26·2016年第2期王建，等：水下航行器中f,l旋g-Jg<机械密封性能分析第29卷热问题。因此，对机械密封装置进行稳态工况(正常工况)的热一结构耦合分析很有必要。动环和中间环分以转速200r／min、100r／min同向转动，对中间旋转环式机械密封和普通型机械密封进行稳态热一结构耦合分析计算，同时对中间旋转环式机械密封进行求解，分析不同水深100～600m(外部介质压力l～6MPa)对密封端面温度、接触压力、间隙及等效应力等结果的影响。2．1密封端面温度分布密封端面温度是机械密封的一个重要参数

7、，若温度超过密封介质在相应压力下的汽化点，会使得密封开启或失效。为和中间旋转环式机械密封的动环和静环有所区别，普通型机械密封的动环和静环分别称作普通一动环和普通一静环，中间A和中间B分别表示中间环与动环、中间环与静环所接触的密封端面。外部介质压力为6MPa时，中间旋转环式机械密封和普通型机械密封各节点上的温度分布如图2所示。密封端面节点图26I～-][P8时密封端面节点温度由计算结果可知：2种机械密封的最高温度都出现在密封端面的内侧，因为内侧接触压力大，产生热量也大，同时内侧的对流换热条件较外侧差很多，易出现高温区；中间环使得密封端面

8、最高温度比普通型降低了13％；随节点半径增大，普通型机械密封动环和静环密封端面的节点温度呈现先少许增大然后减小的趋势，在第3个节点处出现最大值；中间旋转环式机械密封的4个密封端面上的节点温度呈现逐渐减小的趋势，第7个节点