機(jī)械密封焊接金屬波紋管波片力學(xué)性能分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、焊接波紋管機(jī)械密封主要用于煉油廠熱油泵的軸封。利用金屬波紋管代替了彈簧和輔助密封圈，解決了高溫下輔助密封的問題。焊接金屬波紋管不僅起著補(bǔ)償及緩沖因動(dòng)磨損、軸向串動(dòng)及振動(dòng)等原因產(chǎn)生的軸向位移，而且靠本身的彈力與密封介質(zhì)壓力一起對(duì)密封端面施加一定的比壓，以起到密封的作用。波紋管波片高溫下的失效在通常情況下均為波片失彈和疲勞破壞，因而許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者致力于波片應(yīng)變、應(yīng)力和壽命的分析，用傳統(tǒng)的材料力學(xué)方法和現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法(有限元法和優(yōu)化設(shè)計(jì))計(jì)算波

2、片的應(yīng)力及壽命的估算。 首先本文基于實(shí)際生產(chǎn)使用的波紋管波片作為研究對(duì)象，通過對(duì)波片的受力分析，建立了力學(xué)模型，并運(yùn)用ANSYS有限元軟件對(duì)其進(jìn)行靜態(tài)應(yīng)力計(jì)算，分別得出由軸向變形力，薄膜應(yīng)力和離心應(yīng)力三種靜態(tài)應(yīng)力組合的總應(yīng)力及其應(yīng)力的結(jié)構(gòu)變形圖、節(jié)點(diǎn)應(yīng)力分布圖及最大應(yīng)力點(diǎn)的數(shù)值和位置。結(jié)果表明，波紋管的應(yīng)力主要由軸向位移載荷引起的，因此應(yīng)嚴(yán)格控制波紋管壓縮量的大小，此外也可以通過增加最大應(yīng)力點(diǎn)所在圓弧的曲率半徑來減小最大應(yīng)力等有

3、效措施。 其次實(shí)踐證明波紋管波片由于在高轉(zhuǎn)速工況下產(chǎn)生軸向振動(dòng)力，在此力的作用下表現(xiàn)的失效形式一般為波片失彈和疲勞破壞，故文中運(yùn)用ANSYS有限元程序的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)FULL分析法計(jì)算了由軸向振動(dòng)引起的最大動(dòng)應(yīng)力的大小及位置并分析了振動(dòng)量與最大動(dòng)應(yīng)力之間的關(guān)系，由此得到可以通過減小振動(dòng)量來減小動(dòng)應(yīng)力，提高波片的使用壽命。 基于上述所得的組合靜應(yīng)力和瞬態(tài)動(dòng)應(yīng)力的分析結(jié)果，本文依據(jù)疲勞裂紋形成壽命計(jì)算的局部應(yīng)力-應(yīng)變法對(duì)波片的疲