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涡旋压缩机浮动密封圈的失效分析和疲劳可靠性设计中文摘要

涡旋压缩机浮动密封圈的失效分析和疲劳可靠性设计
中文摘要
本文以涡旋压缩机中浮动密封圈的疲劳可靠性设计为研究任务,阐述了疲劳可靠
性设计的过程。文中从浮动密封圈的一种失效模式出发,运用疲劳裂纹扩展特性,从
断口分析中确定是疲劳失效模式后开始疲劳可靠性设计的过程。通过刚度试验建立了
对特氟龙材料力学性能的认识,并以此作为力学模型分析的基础。从特制样品的疲劳
试验中得到铸铝合金 在浮动密封圈应用中的疲劳寿命特性,并利用可靠性试
验处理理论,将该疲劳特性提高到 95%的置信度和 95%的可靠度。结合有限元分析
技术和 Goodman 疲劳寿命失效准则,建立了对称拉压疲劳应力下的疲劳特性方程,
并以此作为疲劳寿命可靠性预估的依据。经过浮动密封圈在实际应用中的受力分析,
建立有限元分析的物理模型,利用雨流计数法找到有效的疲劳应力循环,并根据高置
信度和高可靠度的疲劳寿命特性,评估铝柱子的理论寿命。以泄漏试验相辅,找到产
生失效的根本原因。最后针对失效的原因,从工程的角度出发,给出了两种可行的改
良方案,并用试验的方法对解决方案进行了验证。
研究结果表明:(1) 通过刚度试验,得到特氟龙材料的密封片在浮动密封圈应用
中力学性能曲线,利用这种材料特性进行浮动密封圈力学分析可以满足工程需要,结
果可信。(2) 将刚度具有非弹性滞后回归特性的特氟龙材料的刚度进行了分段线性化
处理,进而将密封片在浮动密封圈应用中的力学过程进行分解为装配时和装配后的两
个过程。该处理可使分析过程更加简单、可靠,有限元分析更容易收敛,准确性和经
济性更好。(3) 基于浮动密封圈样品疲劳特性的建立,可很好地指导疲劳可靠性设计。
(4) 将来自试验的疲劳特性提高到 95%的置信度和 95%可靠度后用于指导工程应用,
更有意义。(5) 泄漏试验是证明内密封片发生泄漏的最简单、快速的方法。(6) 把工
程成本和工程可行性作为改良方案的考虑要素可以更加有效的解决问题和推出设计。
最后通过对研究工作的总结,进一步明确了这种基于试验的疲劳特性的可靠度,
这种分析处理方法和疲劳可靠性设计的可行性,是疲劳可靠性设计的理论和工程应用
I
中文摘要涡旋压缩机浮动密封圈的失效分析和疲劳可靠性设计
的很好尝试,并为其进一步的使用奠定基础。

关键词:浮动密封圈,铸铝合金,疲劳特性,可靠性,寿命。

作者:梁计
指导教师:冯志华



II
Floating Seal Failure Mode Analysis And Fatigue Reliability Design Abstract

Floating Seal Failure Mode Analysis And Fatigue
Reliability Design
Abstract
This article is mainly to discuss the fatige reliability design process with an example
of floating seal fatigue reliability design in pressor. The discussion started after
the floating seal post failure mode was identified to be fatigue failure with help of the
theory of how the fatigue crack developing. The mechanical property of the Teflon material
was set up with the stiffness experiment on the floating seal assembly samples. This
property was been used in the mechanical alalysis model. Fatigue test was been done on
the floating seal sample to set up the fatigue property of the aluminum casting alloy, which
is used in lower plate of floating seal assembly. With the methodolody of experiment result
analysis f