液膜密封空化效应的实验系统开发设计

作     者：郝树伟 

作者单位：中国石油大学(华东) 

学位级别：硕士

导师姓名：郝木明;赵东

授予年度：2015年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：液膜密封 空化效应 实验系统 数值模拟 程序开发 

摘      要：随着时代的革新,传统的机械密封技术也在不断发生变化,非接触式机械密封因具有密封效果优良、可靠性高、能耗低、抗干扰能力强等突出优点,而得到广泛的应用。就液膜密封而言,虽然密封端面空化效应广泛发生,但是其产生机理及对密封性能的影响规律并未得到充分认知,其中空化汽蚀将会造成工程应用中安全事故频发。因此,开发设计液膜密封空化效应实验系统,对获得良好性能的液膜密封,具有十分重要的意义,并能给机械密封端面结构的改进优化和生产制造提供指导。本文在分析机械密封实验系统研究现状的基础上,提出液膜密封空化效应可视化实验系统的研究方案,包括实验系统主体部分设计、可视化密封腔体设计、介质循环系统及测控系统的开发。基于数据采集系统的硬件设计原则,确定液膜密封空化效应测控系统的硬件结构,并选择合适的相关元器件。结合虚拟仪器(VI)和数字信号处理技术,利用LabVIEW图形化编程软件开发了液膜密封端面信息测控系统。文中主要从调节变工况参数和改变液膜密封结构两方面考虑,实现诱导和控制液膜密封空化效应。应用计算流体力学(CFD)软件对密封腔内流场进行数值模拟,研究分析其压力分布和速度分布为调节实验工况参数提供指导;创建可存储标准化和系列化零件的实体模型库,采用参数化设计的方法,开发了液膜密封结构参数化系统,可快捷有效地改变液膜密封结构,以利于诱导和控制液膜密封的空化效应。研究开发的实验系统为分析液膜密封空化效应提供有效的实验场所,并通过选择适当的测试手段,完成液膜密封空化效应实验过程中所需实验数据的采集与分析。在空化效应工作状态下,研究液膜密封主要性能参数的变化规律,并提出提高液膜密封使用寿命的具体方法。