摘要
填料密封是石油、机械、化工等工业生产领域的过程装备中，起到抑制设备内部高压、高温、有毒介质外泄作用的关键部件，开展密封性能分析对于保证设备安全、长效运转具有重要意义。本文以往复轴用YX形成型填料密封为研究对象，进行了密封性能数值仿真分析，主要研究内容如下： 基于混合润滑理论，建立了耦合密封接触区域上的流体力学问题、密封接触表面粗糙峰之间的弹性接触问题及变形学力问题的成型填料密封性能分析数学模型。推导了流体力学问题中考虑空化及粗糙度的Reynolds方程的FVM、FEM数值求解格式，分别使用Python编程和商用有限元软件ComsolMultiphysics两种手段对其进行求解，对比两种数值方法的求解结果，验证了模型中流体问题求解的准确性及数值计算方法的有效性。 利用AnsysMechanical建立了YX形密封的静密封有限元分析模型，针对目前密封设计部门对不同材料制成的密封件均根据同一标准进行选型设计的现状，研究了材料力学性能对密封性能的影响；分析了介质压力、加工偏差对静密封性能的影响，并通过正交试验和敏感性分析找到了影响静密封性能的主要几何参数。 利用混合润滑数值计算模型对YX形密封进行动密封仿真分析，分析了介质膜厚、粗糙峰接触压力、流体压力等状态参数随介质压力、往复运动速度及密封系统综合粗糙度变化的规律；在此基础上研究了密封性能参数（摩擦力、泄漏率）随工况参数、表面形貌参数的变化规律及机理；建立了关键结构参数对密封泄漏率、外行程摩擦力的响应面优化模型对YX形密封进行几何参数优化，改善了密封的润滑情况，降低了密封运行过程中的摩擦热，保证了密封系统的长效运行。 在混合润滑模型的基础上耦合磨损模型，对成型填料密封的磨损问题进行了分析；研究了密封磨损率、磨痕形貌、润滑状态及泄漏率等状态参数随运行时间变化的规律及工况参数对密封磨损行为的影响；并在此基础上给出了相应的操作建议。
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