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单点系泊系统U型弹簧蓄能密封圈的有限元分析
| 论文题名： | 单点系泊系统U型弹簧蓄能密封圈的有限元分析 |
| 关键词： | 浮式储卸油船;海洋环境;单点系泊系统;弹簧蓄能密封圈;有限元分析 |
| 摘要： | 单点系泊系统是构成海洋石油开采平台—浮式储卸油船中非常重要的一个机械结构部件。单点系泊系统主要的功能是系泊浮式储卸油船，同时，原油也会经由此处向储油船输送。因此，改善单点系泊系统内外环接触面间的密封性能，提高对原油传输环节的密封能力就至关重要。 首先，本文简要的介绍了密封圈的国内外研究现状，并对静密封、动密封状态下的密封原理进行分析。同时，研究了不同工况下密封圈的失效原因以及对密封圈失效的判据准则进行了描述。 其次，借助于ANSYS对U形弹簧蓄能密封圈进行有限元仿真分析。本部分的工作主要有: 1)对密封圈的接触压力、等效应力进行仿真研究。主要是分析密封圈的初始压缩率、液体工作压力、铜改制聚四氟乙烯中的含铜量等对密封圈的接触压力、等效应力的影响。仿真结果表明:在不同工况下，U形弹簧蓄能密封圈两侧接触面间的接触压力总是大于密封介质的压力，所以其具有很好的密封性能。 2)对U形弹簧蓄能密封圈进行温度仿真分析。通过改变仿真中摩擦系数、液体工作压力、初始压缩率、液体的工作环境温度、轴速、U形弹簧蓄能密封圈的材料中含铜量等参数的值，研究不同参数变量值的变化对密封圈整体温度分布的影响规律。根据仿真结果可以得出:密封圈的温度场分布状态受以上参数的影响比较明显。在动密封中可以通过减小接触面间摩擦系数的方法来降低密封圈的最高温度。 3)在考虑温度变化对聚四氟乙烯材料杨氏弹性模量影响的情况下，借助于ANSYS软件对U形弹簧蓄能密封圈进行热-结构耦合分析。主要研究转轴的轴速、密封介质的温度、接触对间的摩擦系数的变化对密封圈热结构耦合应力的影响。结果表明:处于单点系泊系统工况下的密封圈，以上参数的变化虽然引起了密封接触面间接触压力值的改变，但U形弹簧蓄能密封圈与转轴和密封沟槽接触对之间的接触压力值依然大于该工况下密封介质的工作压力，可以保证该工况下的密封性能。 |
| 作者： | 吴公伟 |
| 专业： | 机械设计及理论 |
| 导师： | 孟祥志 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东北大学 |
| 学位年度： | 2019 |
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