活塞组合密封设计及其在水下压力传感器中的应用研究

摘要

在深海大压力环境下，压力传感器的压力测量易受到海水大压力的影响，活塞式压力平衡技术是解决这一难题的有效手段。活塞式压力平衡技术的关键问题是保证活塞在压力平衡过程中运动灵活性和密封可靠性。因此，本文研究并设计了活塞的组合密封装置，同时对活塞式压力装置中的爬行现象进行研究，并在此基础上对可以克服海水大压力影响的深海压力传感器进行结构设计。
　　首先，通过对活塞式压力平衡技术平衡机理的分析，得出活塞密封结构设计是保证活塞运动灵活性和密封可靠性的关键。阐述活塞往复动密封的研究现状和组合密封装置的结构及其密封原理。
　　其次，建立活塞组合密封装置的力学模型和有限元模型，通过计算组合密封的接触应力，分析组合密封装置中的滑环厚度、O形密封圈截面直径、O型圈的预压缩量及内外压差对组合密封性能的影响，总结活塞组合密封装置的基本设计原则。同时，由于在往复密封中不可能做到绝对的无泄漏，因此通过对活塞式压力平衡技术平衡机理的分析，运用逆解雷诺方程法推导出活塞在压力平衡过程中的泄漏量计算公式，并总结减小组合密封泄漏量的相关设计准则。
　　再次，建立爬行运动的理论力学模型，并对活塞式压力平衡装置进行静动态特性分析，得出静动摩擦系数、活塞质量和O型圈预压缩量等对活塞爬行现象的影响。总结减少活塞压力平衡装置爬行现象的基本设计原则。
　　最后，基于前文对活塞式压力平衡技术的研究，对活塞式压力平衡装置和深海压力传感器的结构进行设计。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 水下压力平衡技术的研究现状

1．3 各种压力平衡技术的优缺点

1．4 活塞式压力平衡技术原理简介

1．5 本文研究内容及其课题来源

第二章 活塞式压力平衡装置的组合密封设计参数

引言

2．1 活塞往复运动密封的研究现状

2．2 组合密封装置密封原理

2．3 组合密封装置的相关设计参数

本章小结

第三章 组合密封装置的接触应力分析

引言

3．1 密封装置的力学模型分析

3．2 密封装置的有限元分析

3．3 计算结果与分析

3．3．1 不同的内外压差对组合式密封性能的影响

3．3．2 不同的压缩率对密封的影响

3．3．3 滑环厚度对密封的影响

3．3．4 O型圈横截面直径大小对密封的影响

3．4 各参数对密封性能影响大小的分析

3．4．1 正交试验

3．4．2 正交试验结果分析

3．5 活塞组合密封的设计原则

本章小结

第四章 活塞式压力平衡装置的密封泄漏

引言

4．1 流体润滑理论的基本概念

4．2 活塞的往复密封的基础理论

4．2．1 顺解法

4．2．2 逆解法

4．3 泄漏量分析

本章小结

第五章 活塞爬行的力学过程及静、动态工作特性

引言

5．1 摩擦的基础理论

5．2 爬行运动的理论力学模型

5．3 活塞压力平衡装置静态工作特性

5．3．1 活塞式压力平衡装置静态力学模型的建立

5．3．2 活塞式压力平衡装置中活塞起动压力分析

5．4 活塞压力平衡装置动态工作特性

5．4．1 活塞式压力平衡装置动态力学模型的建立

5．4．2 活塞爬行现象与各工况参数的关系

5．5 减小活塞式压力平衡活塞爬行的设计原则

本章小结

第六章 基于活塞压力平衡装置的深海压力传感器的结构设计

引言

6．1 活塞式压力平衡装置的结构设计

6．2 深海压力传感器的设计原理

6．3 深海压力传感器的结构设计

6．4 深海压力传感器的特点

本章小结

第七章 总结与展望

7．1 全文总结

7．2 研究的不足和展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况