توصيفگر ها :
آب بند مكانيكي , الاستوهيدروديناميك , تقسيم بار , حجم سايش , زبري سطح , ضريب اصطكاك , نشتي
چكيده فارسي :
چكيده
امروزه قابليت تحليل الاستوهيدروديناميك آب بند مكانيكي يكي از موضوعات اساسي براي بهبود عملكرد آب بند و همچنين كاهش نشتي تجهيزات صنعتي است. در اين رساله تحليل عددي آب بند مكانيكي MTM مدل 901 با درنظر گرفتن شرايط كاري همدما، شرايط كاري دمايي و لحاظ كردن زبري سطوح با استفاده از روش تقسيم بار انجام شده است. در گذشته مطالعات بسياري بر روي قطعات صنعتي با استفاده از روش تقسيم بار انجام شده و اعتبار اين روش اثبات شده است. در اين رساله براي اولين بار به منظور تحليل الاستوهيدروديناميك آب بند مكانيكي از روش تقسيم بار استفاده شده است و كارايي اين روش مورد بررسي قرار گرفته است. مطالعات گذشته بر روي آب بندها نشان مي دهد پارامترهايي مانند نيروي اعمالي، سرعت چرخشي، گرانروي سيال و ميزان زبري سطح از مهمترين پارامترهاي موثر بر عملكرد آب بند مي باشند. در اين رساله اثر اين پارامترها بر روي توزيع فشار تماسي، فشار هيدروديناميكي، ضخامت فيلم سيال، ضريب اصطكاك، نشتي و حجم سايش مورد بررسي قرار گرفته است. با مقايسه نتايج بدست آمده براي حالت همدما و دمايي مشاهده مي شود دما بر روي عملكرد آب بند تاثيرگزار است و ميزان فشار هيدروديناميكي در شرايط دمايي افزايش و ضخامت فيلم در اين شرايط كاهش مي يابد. درنظر گرفتن اثرات زبري سطح و اثرات دمايي نشان مي دهد كه توزيع نيروي تماسي متناسب با ميزان زبري سطح تغيير مي كند به طوري كه با افزايش زبري سطح از µm 3/0 به µm 5/0 ضريب اصطكاك به ميزان 73% ، نشتي 210% و حجم سايش 23% افزايش و ضخامت فيلم به ميزان 23% كاهش مي يابد. بررسي نتايج نشان مي دهد كه در بين عوامل مختلف نيروي اعمالي بيشترين تاثير را بر روي ضخامت فيلم و توزيع فشار دارد. نتايج نشان مي دهد كه لحاظ كردن اثرات زبري سطح موجب افزايش 18% توزيع فشار هيدروديناميكي نسبت به شرايط سطح صيقلي خواهد شد. با بررسي نتايج بدست آمده از روش تقسيم بار و مقايسه نسبي با مراجع مورد نظر كه از روش هاي آزمايشگاهي، تفاضل محدود و تحليل نرم-افزاري استفاده كرده¬اند مشاهده مي شود نتايج داراي دقت مناسبي مي باشد. با توجه به دقت مناسب و زمان حل كم اين روش مي توان از روش تقسيم بار در تحليل الاستوهيدروديناميك آب بندها در رژيم روانكاري مخلوط استفاده كرد. اين روش به طراحان آب بند در راستاي بهبود عملكرد آب بند كمك مي كند تا با به حداقل رساندن نشتي در تجهيزات صنعتي هزينه هاي نگهداري كاهش يابد.
چكيده انگليسي :
Today, the ability to analyze elastohydrodynamics of mechanical seals is one of the basic issues for improving the performance of seals and also reducing the leakage of industrial equipment. In this thesis, the numerical analysis of mechanical seal MTM model 901 has been done by considering isothermal working conditions, temperature working conditions and surface roughness using load sharing method. In the past, many studies have been done on industrial parts using load sharing method and the validity of this method has been proven. In this treatise, for the first time in order to analyze the elastohydrodynamics of a mechanical seal, the load sharing method has been used and the effectiveness of this method has been investigated. Past studies on seals show that parameters such as applied force, rotational speed, fluid viscosity and surface roughness are among the most important parameters affecting the performance of seals. In this treatise, the effect of these parameters on contact pressure distribution, hydrodynamic pressure, fluid film thickness, friction coefficient, leakage and wear volume has been investigated. By comparing the results obtained for the isothermal and temperature conditions, it can be seen that the temperature has an effect on the performance of the sealant and the amount of hydrodynamic pressure increases in temperature conditions and the film thickness decreases in these conditions. Considering the effects of surface roughness and temperature effects show that the distribution of contact force changes according to the level of surface roughness. Therfor, with the increase of surface roughness from 0.3 µm to 0.5 µm, the friction coefficient is 73%, leakage 210% and the wear volume increases by 23% and the film thickness decreases by 23%. Examining the results shows that among the various factors, the applied force has the greatest effect on the film thickness and pressure distribution. The results show that considering the effects of surface roughness will increase the hydrodynamic pressure distribution by 18% compared to the condition of polished surface. By examining the results obtained from the load sharing method and relative comparison with the relevant references that have used laboratory methods, finite difference and software analysis, it can be seen that the results have appropriate accuracy. Considering the appropriate accuracy and short solution time of this method, the load sharing method can be used in the elastohydrodynamic analysis of seals in the mixed lubrication regime. This method helps the seal designers improve the performance of the seal to reduce the maintenance costs by minimizing the leakage in the industrial equipment.
