運(yùn)用ANSYS有限元軟件對剖分式機(jī)械密封動環(huán)、靜環(huán)3D模型進(jìn)行數(shù)值模擬，研究不同螺釘預(yù)緊力、介質(zhì)壓力和彈簧比壓下剖分式機(jī)械密封的分型面對整體機(jī)械密封的影響及分型面的連接緊密性。結(jié)果表明：連接螺釘應(yīng)力分布符合螺釘實(shí)際受力情況，驗(yàn)證了利用有限元法模擬仿真的正確性；不同工況下，承載螺釘預(yù)緊力的剖分式機(jī)械密封動、靜環(huán)端面變形均呈軸對稱、連續(xù)性分布，且適當(dāng)?shù)穆葆旑A(yù)緊力能有效減小端面變形，降低分型面對密封環(huán)整體性的影響；螺釘預(yù)緊力是影響分型面變形的主要因素，且隨著螺釘預(yù)緊力增大，可有效降低分型面的變形量，提高分型面連接的緊密性。

　　國內(nèi)外對剖分式機(jī)械密封的研究起步較晚，且少有應(yīng)用。已有的研究解決了剖分式機(jī)械密封設(shè)計的可行性問題，為大型機(jī)器設(shè)備采用裝拆方便的軸封提供了可能。但這些研究都還存在著一定的局限性，集中表現(xiàn)在動環(huán)、靜環(huán)及輔助密封圈分型面的連接上，均未考慮端面摩擦熱、外力、分型面結(jié)構(gòu)等引起的形變對泄漏率、端面摩擦磨損及分型面連接緊密性的影響。所以剖分式機(jī)械密封至今未能得到更廣泛的應(yīng)用，或只能應(yīng)用于工作參數(shù)較低的場合。隨著機(jī)械密封逐步向高溫、高壓、高速方向發(fā)展，使得機(jī)械密封由變形帶來的問題更加突出。因此，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.healwit.com.cn/)認(rèn)為分型面對整體機(jī)械密封的影響(以下稱為分型面效應(yīng))及分型面連接的緊密性成為剖分式機(jī)械密封重要的研究領(lǐng)域。

　　目前，機(jī)械密封變形理論的研究方法主要有3種：圓環(huán)理論、邊界元法和有限單元法。圓環(huán)理論在計算簡單形狀密封環(huán)時計算值與實(shí)驗(yàn)值差別較小，但計算復(fù)雜形狀密封環(huán)時計算值與實(shí)驗(yàn)值差別很大。邊界元法和有限元法計算所得的實(shí)驗(yàn)值與計算值都較相符，但邊界元法處理邊界條件時比有限元法要復(fù)雜。針對釜用剖分式機(jī)械密封，本文作者利用ANSYS有限元軟件，采用有限單元法，開展螺釘預(yù)緊力、介質(zhì)壓力場和彈簧比壓作用下剖分式機(jī)械密封的分型面效應(yīng)研究和分型面連接緊密性分析，包括模型單元的正確選擇、網(wǎng)格的合理劃分、載荷的加載等，并根據(jù)計算結(jié)果對幾個因素進(jìn)行了討論，為剖分式機(jī)械密封的設(shè)計、制造及試驗(yàn)研究提供重要參考依據(jù)。

1、基本假設(shè)及單元位移函數(shù)

　　1.1、基本假設(shè)

　　根據(jù)剖分式機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及受載特點(diǎn)，參考文獻(xiàn)作如下假設(shè)：

　　(1)穩(wěn)定工作時，密封環(huán)內(nèi)的溫度不隨時間變化，即溫度場是穩(wěn)態(tài)的；

　　(2)介質(zhì)壓力、彈簧比壓、端面液膜反壓為作用在密封環(huán)表面的均勻分布的面壓力；

　　(3)物體是完全彈性的且各向同性的；

　　(4)物體的位移和變形是微小的，無原始應(yīng)力。

4、結(jié)論

　　(1)一對剖分環(huán)采用一對螺釘對稱連接，避免了其他連接方式帶來的剖分環(huán)受力不均勻，而剖分環(huán)受各力完全軸對稱，使得剖分環(huán)產(chǎn)生均勻?qū)ΨQ的變形，變形云圖呈連續(xù)性分布，降低了分型面存在對密封環(huán)整體性的影響。

　　(2)剖分動環(huán)密封端面變形呈軸對稱分布，隨著螺釘預(yù)緊力的增大，端面變形極大值曲線呈現(xiàn)內(nèi)凹規(guī)律，螺釘預(yù)緊力增大對端面變形有明顯的抑制作用，適當(dāng)?shù)穆葆旑A(yù)緊力對減小端面變形十分有效，且介質(zhì)壓力越大，增大螺釘預(yù)緊力對減小端面變形越有效。當(dāng)介質(zhì)壓力為1MPa時，建議螺釘預(yù)緊力為750～1250N。

　　(3)剖分動環(huán)分型面變形極值曲線隨著螺釘預(yù)緊力增大先減小后增大，并且變形值曲線由發(fā)散到聚合。由此可知，當(dāng)螺釘預(yù)緊力較小時，密封介質(zhì)壓力是影響分型面變形的主要因素；當(dāng)螺釘預(yù)緊力增大，螺釘預(yù)緊力是影響分型面變形的主要因素，增大預(yù)緊力可增強(qiáng)分型面的連接緊密性。

　　(4)剖分靜環(huán)密封端面變形呈軸對稱分布，同一介質(zhì)壓力作用下，密封端面變形極值呈減小—增大—減小的規(guī)律，可以針對不同的工作壓力選擇與其相對應(yīng)的最佳螺釘預(yù)緊力來減小端面變形，例如當(dāng)介質(zhì)壓力為1MPa時，最佳的螺釘預(yù)緊力為1500N。

　　(5)介質(zhì)壓力一定，剖分靜環(huán)分型面變形極大值呈先減小后增大的規(guī)律，變形值曲線隨著螺釘預(yù)緊力增大由發(fā)散到聚合。由此可知，隨著螺釘預(yù)緊力增大，螺釘預(yù)緊力能夠有效地減小剖分靜環(huán)分型面的變形，增加分型面的連接緊密性，可根據(jù)剖分環(huán)的工作壓力選擇合適的螺釘預(yù)緊力。

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