【石油测量管路动密封结构设计11000字】

1石油测量管路动密封结构设计1绪论 11.1引言 11.2课题背景 11.3间隙密封技术国内外现状 21.3.1间隙密封技术国内现状 21.3.2间隙密封技术国外现状 31.4旋转接头国内外现状 61.5本设计的设计思路 82 石油测量管路动密封总体结构设计 92.1基于石油测量管路动密封的工作原理 92.1.1填料密封 92.1.2密封环间隙密封原理 92.1.3套筒式间隙密封原理 102.1.4浮环式间隙密封原理 102.2结构设计 112.3材料选择 143主要密封环尺寸设计 153.1弹簧比压和端面比压 153.1.1密封面A力学分析 153.1.2密封面B力学分析 173.2摩擦值计算 184弹簧尺寸设计 194.1压缩弹簧的稳定性计算 194.2压缩弹簧的强度验算 194.3压缩弹簧的共振验算 20总结 21参考文献 231绪论1.1引言目前市面上没有一个很好的石油测量管路动密封结构，也就是说没有一个耐高温的旋转接头，在石油管道工作中，测量管路是必不可少的，但测量管路需要旋转，此时就需要一种动密封结构来保证此系统的密封性,即一种可以实现石油测量管路密封的旋转接头。在工作时需要旋转来达到外接或更换另一条管路的目的，静止时可以保证其密封性能来保证石油的正常传输。1.2课题背景在当下，石油行业还是一个比较核心的产业，在我国经济增长中占相当大的一个比例。中国大多数石油化工厂从石油、天然气、煤炭和天然气中提取石油和天然气。社会学认为，大多数材料的爆炸，有毒产品和设备可能产生潜在的火灾爆炸危险，中石化设计单位对有毒产品和设备没有完整的分析和管理体系。根据有关信息，我国的石油密封性并不是做得很好，总是出现密封性差的问题，耗费了大量资源、人力，所以为了保证石油的正常运输，我们在设计时可以从各个方面，多个方面来保证设计研究的安全性。我国油封的技术相对于国外的油封技术还是有差距的，国内厂家为了追求金钱不会去主动研发，所以导致油封技术落后，对各种油封的技术参数相当于是空白的，所以往往导致后期许多的厂家无法在继续研发，同时也没有办法保证质量。螺旋注浆在小型产品中的应用越来越广泛，对大型橡胶制品的需求也越来越大。总的来说就是需要在石油管道运输时有一个管道可以实时测量管内数据，而石油主管路是不可移动与转动的，这时需要一个旋转接头来实现主管路与测量管路之间的对接工作，并且要保证此管路具有良好的密封性来保证工作时不会泄露太多石油，此时的动密封就是一个比较大的难题，本课题主要的研究内容是基于在石油运输所处的恶劣环境中，实现可靠的密封石油管道连接，对机械连接器的密封性能以及多相流体3密度实时测量模块及通讯系统进行改进，在该系统测量段需要安装可转动的测量管，而测量管与管路之间采用动密封结构进行密封，就是对多相流体密度实时测量模块中动密封结构进行设计，并对设计结构的密封性和滑动阻力进行分析，使用该系统能大大节省人力物力。1.3间隙密封技术国内外现状1.3.1间隙密封技术国内现状国内的间隙密封技术发展的很早，是从其他密封问题中慢慢研究最后形成一个完整的体系，最早运用到间隙密封的是在压缩机的密封问题上。其中，山东机床厂，利用间隙密封技术解决了常年未解的泄露隐患，以及后期养护。1970年初，我国国内对于密封方面尤其是间隙密封密封性能这方面的研究还略显粗略，在无数研究者辛苦的努力下获取了骄人的成绩。其中包括高速运转下，如果给予适当的力，则可以大幅度增加密封效率，并且维持一个长期稳定的状态。但是，如果在位于槽位位置对其施力的话就一定会出现一个比较严重的问题，即因为转轴的转动，机器会发生与转轴的共振，且当转子的转速达到一定高的速度时机器将会变得极其不稳定从而使密封性能失效。

XianjunZhou[]通过压缩变形试验，结合径向间隙密封的特点，筛选出合适的石墨环成形方法。然后，通过试验研究了不同密度石墨填料环的压缩回弹、径向接触应力和轴向密封性能。研究表明：25%的压缩性是石墨填料环径向间隙补偿能力的极限，石墨填料环在管壁上的径向接触应力与轴向载荷呈线性正相关，密度对其影响不大。基于垫片多孔介质模型，通过实验拟合得到了3种不同密度石墨环的轴向泄漏模型，并分析了外界工况对泄漏模式的影响，为基于泄漏率的石墨环密封设计提供了理论依据。Asferdsfran等人在此领域研究后指出:浅槽环瓣式间隙密封,在高压高速的状态中，更具有优势，此时他的密封强度远远大于其他的密封形式，它很适合运用在密封要求非常高的，比如发动机等高精密机子。 深海装备的持续发展要求在高压环境下提高关键摩擦副的摩擦磨损性能。但是，由于现有的试验台很少，高静水压力对不同摩擦副摩擦学性能影响的研究也很少。

DefaWu[]研制了摩擦试验装置，以帮助开展这项研究。研制了一种非接触式间隙密封和独特形状的加载系统，以适应高压环境，提高测量精度。对关键部件进行疲劳寿命仿真，以保证仪器的安全可靠性。对30vol%碳纤维增强聚醚酮(CFRPEEK)进行了润滑试验研究。结果表明，该装置能够在80MPa的超高静水压力下稳定工作。发现摩擦力随着静水压力的增大而减小。CFRPEEK的最大磨损发生在20MPa。试验结果还表明，由于CFRPEEK/431SS摩擦副在0~80MPa的压力下摩擦磨损没有急剧退化，因此可以在深度小于8000m的深海中使用。2011年，学者姜汝[1]采用模拟仿真的方式，在几种密封情况下进行对比实验，并通过数据比对分析，研究结果表明了，保持多数变量处于不变的情况下，采用轴套式密封装置下的密封状态处于劣势，然而，采用锥形件密封的成绩颇为理想。与此同时，理论知识并没得到实际应用，仅仅停留在纸面上，未得以实现。学者周栋[2]等人使用模拟分析的方法对对采用间隙密封旋转接头装置进行数据分析，根据各结构分布不同，分析各变量对泄露量的影响。数据表明，接口会直接影响尼龙密封装置的使用寿命和性能，如果通过增加抗磨损工件可以提高整体性能。间隙密封的容积情况会影响根本的发展[3]，间隙密封采用了补偿的原理，在工件的两端增加了环形结构，当系统的工作压力升高，环形结构会自动变形，这样做的目的是减少泄漏量，该发明可以增加容积率和设备的持续性，可以用在高要求，高精度的液压系统中[4-5]。现在国内外学者的研究现状还停留在文献实验的阶段，国外学者很多都是采用实验的方式，对间隙密封做了大量的理论研究，可是相对仿真研究就做的非常少;但是相对之下国内大多数是在仿真阶段比较多，理论阶段比较少，其研究成果具有一定的真实性。现阶段，间隙密封技术在液压油缸中已经有很大的造诣，在实践上已经有成熟的模型，理论也已经有很强的数据库;可是在告诉密封中，我国的研究还非常少，甚至理论也是非常少，也没有较为成熟的公式，标准也没有统一，这个方面还需要更多的学者去研究。1.3.2间隙密封技术国外现状国外早期的研究也是从各种密封问题开始的，早在1925年离心泵方面就需要使用密封技术来减少液体的泄露，最终由Sesion等人运用了间隙密封技术解决了此问题，4不过在当时还未形成一个完整的体系，在石油管路的泄露问题上就有人使用浮环式间隙密封技术来解决；在回转冷却器和回转干燥机这一领域中会需要间隙密封技术来解决两种不同温度的气体在不同密闭室出现冷热对流的问题；West在涡轮机的密封问题上首次用到了变间隙密封技术，1969年Pet第一次系统的设计了一种间隙密封的方式用以解决压缩机入口和燃气涡轮发动机入口的密封。随着越来越多学者投入该领域的研究，越来越多人从数据表明密封性能与使用寿命有直接影响因素。上世纪60年代，kamal针对间隙密封做了大量实验，数据表明，实际工况的压力值与密封性能有直接影响，如果将密封装置的长度和直径的关系控制在一定比例下，可以大大提高使用寿命。1986年,Child通过涡旋对收敛型锥形间隙密封性能的影响进行研究的时候，发现湍流润滑方程不是很完善，通过一系列实验研究使其计算结果更加完善准确。1987年，Grods通过研究计算表明:无论是那种泄露方式都不会影响泄露量。Kamal描述了一种这样的方法，他提出通过测量间隙密封的泄漏流量来确定压力-粘度关系。上世纪末，有限元算法的改进，使间隙密封的模拟计算也可以使用计算机来进行模拟求解；随着计算机算法的不断更新，可以通过有限元程序来分析间隙密封性能，并且控制密封装置中的介质物理值可以获得较长的使用寿命。近年来，越来越多学者投入到间隙密封技术的研究当中，其基础理论已经形成了一个完整的体系，针对不同情况下的密封问题做了研究，并且提供了大量借鉴基础。二十世纪10年代末，Wsdfsderms等人对间隙技术做了技术改进，并且申请了知识产权，技术应用在蒸汽轮机上，利用一定的理论基础知识让转子同心转动成为现实。该技术为后来旋转密封性的研究奠定了大大的基础。Peter等人进行了一种简单的实验工具的构建和测试，该工具能够通过间隙密封来测定粘度与压力的关系。将确定的压力-粘度关系与在环境压力下测量粘度的参考流变仪进行比较，得出了合理的一致性。用Chu和Cameron模型很好地表示了在升高压力下计算的粘度。对于含砂量高的油井，传统的抽油泵很容易卡死。增大柱塞与泵简之间的间隙，可以有效防止粘滞，但间隙泄漏也随之增大，导致泵的容积效率下降。ChaodongTan[6]5等人通过研究发现，当在抽油泵柱塞上形成矩形槽时，可以显著降低漏率。为了研究密封装置中其他参数（介质密度、压力值等）对密封性能的影响，利用CFD技术对新型矩形结构的密封装置进行试验，数据表明新型密封结构相对比传统的密封装置，可以大幅度提高密封性能，主演原因是新型矩形槽间距与泄漏率不直接相关。YipanDeng[7]等人通过对潜在氢气应用的无油微型压缩机高压级长寿命运行，提出了一种新型无软密封间隙密封的柔性阶梯活塞组件。该总成由大活塞和小活塞独立承担径向承载和气体密封功能。综合考虑压缩腔内气体性质和活塞运动随热力学过程的实时变化，进行动态密封性能评价。仿真研究表明，引入间隙间隙对膨胀、压缩和放电过程影响较大。通过间隙泄漏会导致泄放过程中缸内压力降，引起泄放阀的振荡和提前关闭。与密封长度相比，密封间隙对高压阶段密封效率的影响更为显著。VitaliyKalashnikov[9]等人发展了一种计算有限长间隙密封中产生的非线性弹性力的方法。作者曾分析过力对离心机转子动力学的影响。本工作作者研究了任意长密封中非线性静水力的影响，与以往文献中假定这种力是线性的，且密封较短(如间隙密封长度与密封半径之比小于0.5)相反。连铸机活塞偏心问题不容忽视，不仅增加了液压缸的内漏，而且增加了摩擦副表面的摩擦力，甚至会产生变形失效等严重后果。ChenXiaolan[10]等人采用仿生微织构间隙密封技术在气缸表面构建微织构，使其在运行过程中产生连续的离心力，并对活塞偏心问题进行修正。此外，还分析了液压缸工作参数和仿生微织构参数对动压支撑力的影响。这对提高液压缸的响应频率和液压系统的工作效率有非常积极的作用。ChristiansenPeter等人设计了一种简单、实验的工具装置的构建和测试，该装置能够测定高粘度油品的压粘关系。将确定的压粘关系与参考流变仪测量环境压力下的粘度进行比较，得到合理的一致性。计算得到的高压黏度用Chu和Cameron模型很好地表示。61.4旋转接头国内外现状旋转接头可以按照不同的用途还有需求来进行分类，甚至可以按照它的工作原理来分类。当前旋转接头做的非常好的有[11]:美国Dkdsfin,sdfhght公司，德国Mafwedr公司，日本sfwejjft、韩国Rfsdfea等公司。他们都有一个共同点，能适用于各种流体方案中，同时通用性非常好，在高压状态下能达到460bar输送介质范围广。目前来讲我国的旋转接头厂家的生产情况可以说是生产能力已经很强了，很多型号接头的生产质量已经可以说是与国外厂家相比较也不相上下，而且生产能力强的厂家也是非常之多。国内已经有上千家能独立生产旋转接头，比如徐工集团、九牧集团公司等，还有一些小作坊也能参与独立的生产。不过我国国内的旋转接头还是会存在一个问题，那就是设计上的精度不够高，从而导致在旋转接头的加工上会出现非常多的问题，比如说加工精度不够高，设备性能会因为你设计上不够精密而达不到所需求的性能。综上所述，国内外旋转接头的差距如下总结：①结构设计的创新;②密封材料的优势;③热处理技术;④加工工具的差异。国外的旋转接头比国产早30年多，德国作为旋转接头的代表，它的特点在于体积非常大，采用的铝合金，使得结构非常紧凑，密封件的外径相对较小，能抗压耐磨。它的温度能承受在400°左右，同时他有非常大的流量。近年来JiayangLiu[12]设计、制作了一种高功率x波段(9.3GHz)紧密型射频旋转接头，并在清华大学进行了测试。仿真结果表明，该旋转关节的RF参数(散射矩阵)在不同的旋转角度下保持稳定。利用矢量网络分析仪8进行冷量测量，验证了仿真结果。最大反射小于-25dB，插入损耗小于9~0.1dB，关节旋转时输出相移的方差小于0.2度。在1.6MWx波段磁控管下的高10功率测试也显示了良好的效果。射频旋转接头是一种广泛应用的微波器件，它可以使射频功率源与直线加速器系统的加速管独立运动。特别是在工业和医疗应用方面，如雷达、无损检测和电子/x射线治疗，它发挥着重要的作用。高性能的RF旋转接头的特点是高功率能力，低插入损耗和良好的阻抗匹配。介电弹性体驱动的旋转关节具有输出扭矩大、变形量大、重量轻等优点，可用于制造仿生软机器人。传统的介质弹性体驱动的旋转关节由于输出扭矩小，难以满足要求。ZhaogangHao[13]等人提出了改进的制造工艺和结构，以提高综合性能。实验表明，改进设计的最大输出力矩为14.21N/m，几乎是常规设计的2倍，电压诱导变形角提高了57度，重量也降低了。改进后的旋转关节将有利于由介电弹性体驱动的软机器人的承载能力。ChuanZhang[14]对高压歧管转向节的工作原理和损伤机理进行了分析。采用CFD方法研究了旋转接头中介质的压力分布和速度变化。通过实际研究和理论分析，研究了转盘接头的冲蚀区域和损伤模式。提出了材料、结构和加工工艺的优化设计和改进。这些结果可为转盘接头的设计、制造和安全评估提供参考。在大功率雷达应用中，为了使天线能够在方位和俯仰方向运动，旋转关节(旋转接头)是必不可少的。它们允许输电线路旋转，因此是重要的输电线路元件。DanielHaas[15]提出了大功率W波段雷达应用的宽带旋转接头概念。为了避免像HE11这样线偏振模式的偏振面发生扭曲，采用了两个宽带偏振器的组合。在考虑的90~100GHz频率范围内，可以实现Xpol≤-20dB的交叉极化。这对应于适合雷达应用的值。AugieWidyotriatmo[16]提出了一种使用机械旋转阻抗驱动器进行肢体康复性能评估的程序和指标。采用末端执行器带有力传感器的1个关节机械旋转执行器作为康复手臂屈曲运动的原型。康复轨迹由完成时间和可实现的运动范围(ROM)两个参数组成。采用自由恢复自适应控制开发了阻抗控制，在执行器和病人之间产生相互作用力。根据患者的情况，临床医师可以调整旋转关节的阻抗设置，使手臂康复驱动器只需在需要时就能协助患者。通过设置阻抗参数和康复轨迹，患者遵循了一个活动模式的训练程序，即旋转关节（旋转接头）的阻抗是可调的。在拟议的程序中，患者被要求遵循所产生的康复轨迹。制定的度量指标包括患者能够跟随康复轨迹的运动功能，患者能够达到的最大ROM，以及患者能够提供的最大力的强度指标。这些指标是随着训练过程的进行而计算的。10名健康受试者执行训练程序，测量结果一致。因此，拟议的指标可能能够对患者的能力进行分类，因此可以用于监测患者在康复期间的进展情况。介质弹性体最小能量结构(DEMES)关节是一种由预拉伸介质弹性体(DE膜)和柔性主框架组成的软旋转驱动器。DE薄膜中存储的弹性能作用于机架，使机架弯曲到给定角度。在DE膜上施加电压，使DE膜松弛，机架能够展开。移除电压使机架再次弯曲。ShuWang[17]等人从能量转换的角度，提出了DE膜在机架上的扭矩与DE膜的体积成正比。通过理论推导证明了该假设，并在两种常用的DEMES旋转接头中进行了试8验验证。在此基础上，提出了DEMES节点的设计方法，并给出了应用实例。提出的假设提供了DE薄膜转矩与其体积之间的定量关系。为了提高柔性物体上的电压，在传统做法上是改变驱动装置的形态，但是ShuWang[18]等人摆脱传统做法，提出了一种在不增加外加电压幅值的情况下增加变形量的方法。他们发现外加电压的频率和占空比都会强烈地影响变形范围，而功率关断的时刻，可以对频率和占空比进行优化，以获得具有预期振动频率的最大变形范围。两组试验对比验证了该优化原理，发现优化参数下的变形范围平均比正常参数下大1.67倍。1.5本设计的设计思路本课题就是对多相流体密度实时测量模块及通讯系统中动密封结构进行设计，并对设计结构的密封性和滑动阻力进行分析。要解决的问题：(1)测量管路动密封施压组件的计算测量管路动密封总体结构设计(2)测量管路动密封组件的计算；(3)设计的机构要满足目前国内市场的要求；研究方法：(1)查阅资料对管路动密封原理及研究现状进行了解；(2)测量管路动密封总体结构设计：基本功能能够满足要求；(3)测量管路动密封密封面结构设计：需要进行计算；(4)进行弹簧组件的设计12石油测量管路动密封总体结构设计2.1基于石油测量管路动密封的工作原理本文所设计的石油测量管路动密封结构的主要密封形式是使用填料密封挤压型密封形式作为主要密封形式以及间隙密封形式进行辅助密封构成对于填料密封及间隙密封的原理如下2.1.1填料密封采用压力作用性的密封装置，在运作时通产会产生多大的应力，会直接造成密封装置损坏的缺点。但是在企业用途上因为制造成本低等原因颇受青睐。间隙密封原理间隙密封一共有三种形式分别是密封环密封、套筒式间隙密封还有浮环式间隙密封，这三种间隙密封都有一个缺点那就是不能达到完全密封所以只能用于密封要求不高的场合，在本文中也是充当辅助密封的作用，间隙密封比较大的好处就是制造简单经济，使用寿命长。通常使用密封环都是可拆卸的在密封环磨损时方便进行更换。如图2-1所示为几种常见的密封环密封形式:a平环式b直角式c迷宫式图2-1密封环形式密封上图中，2-1-a图为平环形式密封，这种密封方式是结构最简单的，直接说明他的零部件制造起来更为简单经济，但它又是缺点最明显的的，由于泄露液体直接而进入密封腔，所以会因为较大的速度而导致腔内产生涡流冲击从而降低了密封性能也降低了使用寿命。2-1-b图为直角式密封环密封，这种密封方式是由平环式密封演变改进而来在平环式间隙密封的基础上增加一个拐角，这个拐角的作用就是在泄露液体进入密封腔后会受到直角弯的缓冲从而使造成的湍流冲击减小，最终实现密封性能和用寿命得到提高。2.1-c图为迷宫式间隙密封，这种密封结构是在前两种密封结构的基础上设置更多弯道，使泄露液体在密封腔内受到更大的阻力从而达到更好的密封性能，但缺点也较为明显，因为其复杂的结构，密封面会更容易发生磨损，使用寿命最短而且在零件加工方面也更为困难，消耗过多的材料与时间。对于套筒式间隙密封如图2-2所示为套筒式密封结构的一般形式，密封介质通过衬套与轴之间的微小缝隙δ时，由于粘性摩擦力的作用，阻碍了流体的外泄。1.安装基座2.衬套3.转轴图2-2套筒式间隙密封的一般形式套筒式间隙密封结构简单，相比于密封环密封密封性更好一些但是也不能完全阻止液体的泄露，常常与其他密封形式一起使用，或者以辅助密封形式出现。浮环式间隙密封可以使密封环悬浮在轴与壳体之间其结构如图2-3所示通过或弹簧将其压迫在有O型圈槽的挡板上，并在壳体与密封环之间增加一个销来防止密封环沿壳方向运动。这种密封性是密封间隙更大一些一般为10～20μm,因为悬浮的密封环在运动的时候会进行热变形所以要在密封环和轴之间留够一定的间隙来保证有充足的空间能够容纳这种热变形。这种结构虽然可以减少但也无法避免泄漏液体与密封环之间产生摩擦力从而产生热变形导致密封环磨损，所以还是要采用耐磨材料制作，其材料多为碳化硅或石墨。图2-3浮环式密封结构2.2结构设计根据实际工作状况，旋转接头的设计采用单通球面。单通路旋转接头非常适合用于管道的设计，石油从一段流出另一端流出，不再使用第三方管道。当管道需要外接另一条管路时可以安装于管道端口与另一条管路进行360°的对接。管道与本文设计的旋转接头之间采用外管体来进行连接，具体连接方式是使用螺纹连接的连接方式，使管道能够随外管体一同转动，可以看着为一个整体，在外管体的两侧使用壳体和端盖来进行封闭，在端盖与外管体球面之间放入一个密封环b来进行密封，并在壳体与外管体之间加入后导向环，弹簧以及弹簧座来实现给予外管体远离壳体的一个力使外管体球面与密封环b之间发生挤压从而达到密封，此机构中，后导向环，前导向环起到支撑作用使其具有更好的旋转精度和稳定性，并使旋转速度提高;密封环a与壳体和弹簧座之间形成套筒式密封环间隙密封，套筒式间隙密封结构较为紧凑，密封间距较小，但其依旧存在一定的泄漏量，且密封间距δ对泄漏量的影响较大。套筒式密封结构的一般形式，密封介质通过衬套与轴之间的微小缝隙δ时，由于粘性摩擦力的作用，阻碍了流体的外泄。弹簧可以起到缓冲以及补充的作用，对摩擦副端面，保证它处在一个合适的比压下，这也要求具有一定的弹性，弹性不能失效。后导向环与壳体之间、弹簧座与壳体之间均设置了防转销，以确保弹簧工作时不产生相对转动，使对密封面的补偿更稳定;当密封环磨损时，借助弹簧弹力和介质压力，壳体向远离轴头方向移动以补偿密封环的磨损，并通过外管体上的刻度线观察到密封面的磨损程度。具体结构如图3-1所示。前导向环如图3-2所示，端盖如图3-3所示，密封垫如图3-4所示，挡圈如图3-5所示。1.壳体2．后导向环3．弹簧4．弹簧座5．密封环a6．外管体7．密封环b8．密封垫9．螺栓10．端盖11．前导向环12．挡圈图3-1单通路旋转接头结构图3-2前导向环13图3-3端盖图3-4密封垫14图3-5挡圈2.3材料选择输送石油的密封材料应具备耐高温、耐磨、导热性好等特点，所设计的高温导热油旋转接头，主要零件选用的材料如下:（1）壳体选用QT500-7球墨铸铁;（当温度比较低时，能扛住温度急变性和耐腐性，通常用于泵轮，机架传动轴，阀门体。）（2）密封环a选用耐磨的铸铁材料。（3）密封环b，前后导向环都采用浸锑石墨;（4）弹簧选用0Cr17Ni7Al;（有良好的中温力学性能。耐腐蚀性能优于一般马氏体不锈钢。）（5）弹簧座的材料选用50Cr;（6）外管体和端盖的材料选用50Cr。（7）密封垫选用的是石墨。石墨的有着非常好的耐压性，柔韧性，极好的抗变形能力，可以抗住各种金属的融化，同时不会对环境产生危害。（8）挡圈选用HG/T2579-2008153主要密封环尺寸设计3.1弹簧比压和端面比压以密封环b内径70mm，外径100mm，高度18mm材料选择浸锑石墨为基本参数进行如下计算3.1.1密封面A力学分析密封面A力学分析如图4-1所示。图4-1密封面A受力分析根据对垂直于平面d1方向作用力做受力分析可知端面A的锁合力是：端面A锁合力为：式中：为中间物质作用于端面上的力，从而产生对密封端和阻尼环锁紧力相互作用的力N。其对应的作用面积:16，其中，为弹簧的作用力N。，为锁紧面A每平方米的压强值，N/m2。式中，中间杂质的压强值，单位MPa。式中，锁紧端A的柔性弹力值，MPa。，锁紧端A的压强值，MPa;，锁紧端A的的受力范围。，mm2式中λ为反压系数，为了使得系统处于平衡状态，要求:17可得密封面A的端面比压为:3.1.2密封面B力学分析密封面B力学分析如图4-2所示。图4-2密封面B受力分析为了使得锁紧面B得到密封的力平衡状态，可通过计算得出:使得锁紧面B解除力平衡状态的临界力为:式中是作用于锁紧面上的力，他能推动各个端面的相互作用，其面积可表示为：式中，锁紧面B平均流体膜压强值，N/m2。，锁紧面B端锁紧值，MPa;18式中，锁紧面B柔性弹力值，MPa。，锁紧面B的接触圆面积，mm2，锁紧面(球面B的法向投影面)的半锥角。轴向力必须平衡，即:可得密封面B的端面比压为:本设计中，柔性弹力压强值和锁合面压力值分别为柔性弹力压强值=0.18MPa，=0.30MPa锁合面压力值=2.93MPa=3.96MPa3.2摩擦值计算如果尼龙密封装置和外部管体无相对运动的趋势，则值为密封面A的值;如果尼龙密封装置与外部管状相对转动，而密封环与端盖无相对转动，则值即为锁紧面B的值。计算值为=3.05MPa·m/s4.00MPa。查有关手册，对于油类介质，摩擦值值为15.64MPa·m/s，故满足设计条件。194弹簧尺寸设计弹簧形状选择圆柱螺旋弹簧YⅠ，材料选用0Cr17Ni7Al（有良好的中温力学性能。耐腐蚀性能优于一般马氏体不锈钢。）所受载荷情况为Ⅲ类即受静载荷及受循环载荷作用次数在次以下的弹簧压缩弹簧故许用切应力为弹簧外径为4.1压缩弹簧的稳定性计算弹簧的自由高度根据机械设计手册表11-2-12取55mm材料直径取6mm弹簧中径为75mm自由高度为60mm然后进行如下计算来检验其合理性为了获得较好的系统稳定性，可根据高度和口径的比值计算得知：两端固定b≤5.3一端固定另一端回转b≤3.7两端回转b≤2.6，为下落的高度值D，柔性装置的中间口径值从数据上我们可以得知b≤5.3：但是为了使弹性装置稳定，要求高度可口径的比例值得临界值为0.4。4.2压缩弹簧的强度验算经过校核计算可知道，柔性装置承载次数在数值上应小于静应力下的承受载荷的值：安全系数，柔性装置的承受载荷值的极限值，许用安全系数取204.3压缩弹簧的共振验算减震弹簧要满足要求，柔性装置的刚度，N/mm;G，重力加速度W—承受的载荷值，单位N.根据机械设计手册可知=—被采用材料的抗拉强度查设计手册可知=1275G—切变模量数值为79000/N·mm由以上可算出减震弹簧满足要求故此弹簧设计符合要求21总结本次石油测量管路动密封结构设计的设计是以国内外旋转接头的研究基础之上出发的，并对其各式的旋转接头的密封原理进行分析统计，以此作为本设计设备方案的选择和理论依据。首先，分析大量的国内外对旋转接头研究的现状，以及对密封管道的物理特性作出分析以及实验和统计分析。根据统计的数据结合网上，以及市场现有的旋转接头对其分析，最终拟定了石油测量管路动密封结构设计的关键密封结构的设计，最后就根据国内市场需求，提出假设，通过结构设计对管道密封结构的难点进行攻克，并进行数据验证。本文所设计的旋转接头方案能够让石油管路在传输过程中实现旋转在任意方向接入另一条管道．密封面ａ能有效地进行辅助密封且寿命也很长减少了资源的的浪费密封面ｂ的设计能够高效地将进行密封时间转眼飞逝，在老师以及同学们的帮助之下，我顺利的完成了毕业设计。从一开始无从下手，到思路的涌现少不了老师和同学们的点拨，从设备大体方案的确定，再到零部件的设计以及选择，最后论文的撰写，这是一个痛苦与充实并行的过程，在大学期间我学习了和接触了大量的机械方面的知识，而此次通过毕业设计使我很好的将老师教授的专业知识进行融会贯通，做到了实践和理论相结合，并且通过这次的毕业设计让我对机械传动的设计以及应力的计算以及轴的设计等有一定的认识，对我以后的学习有着重要作用。西京学院本科毕业设计24参考文献[1]姜汝.间隙密封的性能研究[D].东北石油大学,2012.[2]周栋栋,陈奎生,湛从昌,余广.间隙密封旋转接头流场特性仿真分析[J].机械设计与制[造,2016(10):63-65.[3]陈亮,傅连东,梅波,湛从昌.变间隙密封液压缸活塞临界载荷计算与防过载策略[J].制造业自动化,2015,37(18):83-85.[4]湛从昌,邓江洪,陈奎生.低摩擦高频响变间隙密封液压缸研究[J].机械工程学报,2015,51(24):161-167.[5]周晖.变间隙密封液压缸特性仿真研究[J].流体传动与控制,2016(03):12-15.[6]ChaodongTanetal.LeakageFlowMechanismofGapSealStructureofOilwellPumpwithRectangularGroove[J].ChemistryandTechnologyofFuelsandOils,2020,:1-11.[7]YipanDengetal.Anewhigh-pressureclearancesealwithflexibleladderedpistonassemblyinoil-freeminiaturecompressorforpotentialhydrogenapplicationsandinvestigationonitsdynamic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