自泵送流体动压型机械密封的参数化设计开题报告

全文总字数：2615字

1. 研究目的与意义

新型的自泵送流体动压型机械密封，具有结构简便、安装空间小，密封性能良好等优点，与同类的螺旋槽机械密封相比，允许固体颗粒存在，开启力与泄漏量的比值更小，具有更好的性能稳定性和更低的尺寸依赖性，可以广泛的应用于泵、压缩机、反应釜等流体机械上。然而目前设计人员一般采用CAD软件设计密封结构,采用这种方法需要查阅资料、计算尺寸值、绘制零件图。由于密封零件结构的相似性,设计人员无形中做大量重复性的工作，这极大的延长了密封结构的设计周期,提高了设计成本。

基于UG的机械密封参数化设计可以实现在程序中输入设计参数，自动生成三维模型的功能，进而方便导入相关分析软件进行分析，也可以应用到生产之中。它所具有的高效性、实用性等特点使其成为设计工作的发展方向。进行机械密封的参数化设计，可以减少重复劳动，提高设计效率，降低设计和制造成本。并且充分利用计算机技术可以有效提高机械密封的设计水平，进而对其工作性能的提高提供了最直接的支持和最可靠的保证。

2. 国内外研究现状分析

流体机械上所用流体动静压型机械密封主要有干气密封和上游泵送机械密封。它们的原理都是利用动环旋转将介质锲入，在其型槽根部产生动压，这种工作方式对于洁净的被密封介质或由辅助循环系统输送的封堵工艺介质是安全的，而对于存在固体颗粒的被密封介质来说就非常危险，因为楔入型槽中的流体如果含有固体颗粒，则在动静环端面间隙较小时，将不断汇聚于型槽根部，一旦密封间隙增大便侵入密封坝，加速密封坝的磨损进而引起密封失效。同时在高速运行的过程中，型槽根部温度集聚，将导致动静环热变形，降低机械密封使用寿命。

中国专利201511019517.6提出了一种自泵送流体动压型机械密封，其运行时无需辅助循环系统，降低了生产使用成本；具有独特的自润滑、自冷却冲洗功能；静止状态下空气直接进入密封面，消除了密封面之间的固体摩擦，并在启动瞬间迅速形成流体膜将两密封面隔开，适应设备的频繁开停状态。图1为动环端面示意图。

对于机械密封参数化设计一般有两种情况。一种情况是充分利用先进的三维设计软件pro/e，ug，以及solidworks软件。在某种编程环境下编写了机械密封零部件的参数化设计软件，再导入到有限元分析软件中进行模拟；另一种情况为开发具有参数化设计功能的机械密封设计分析专用软件。这一般由机械密封制造商完成，并成其为专有的核心技术。典型的如 john crane 的 cstedy/ctrans软件。这是由 john crane 开发的专用于机械密封性能分析的有限元分析软件。它同时考虑了流体膜特性和摩擦学模型。2008年meck 和 zhu 的论文就对该软件的技术特征进行了详细介绍，通过几何建模构建起机械密封的具体结构模型，作为数据输入到分析系统，cstedy 或 ctrans 软件将进行流体动压力、流体静压力、端面微突体接触压力、摩擦和磨损情况进行求解分析。在系统求解过程中进行传热性能分析，获得温度场分布，进而获得流体的黏度、密度、热导率、比热等性能，并进行弹性变形分析，获得端面的形状，整个求解过程需要反复迭代直至收敛获得密封性能输出结果。然后，对输出结果进行分析判断，若不满足要求，就会重新修改几何模型，重新分析，直到设计出满足性能要求的机械密封。

3. 研究的基本内容与计划

1~2周(3.2~3.15)：查阅文献并了解参数化设计技术，准备好相关软件；

3~3周(3.16~3.22)：熟悉ug软件的使用，并用ug软件练习绘制模型；

4~11周(3.23~5.17)：查阅资料独立完成论文并用ug完成零件的参数化设计；

4. 研究创新点

可以减少重复劳动，提高设计效率，降低设计和制造成本。