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斯特林发动机杆密封装置性能与密封件摩擦学研究

作　者: 雷振宁
导　师: 龚俊; 杨东亚
学　校: 兰州理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 斯特林发动机活塞杆密封帽式密封滑动密封摩擦磨损
分类号: TH136
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

斯特林发动机是一种外部供热或燃烧的活塞式发动机，它以氢气或氦气为工质，采用接触式密封装置，按闭式回热循环的方式进行工作。理想的斯特林发动机动密封应该实现良好的密封、低功耗及长寿命，因此提高密封装置的密封性能并降低密封件的磨损率则成了斯特林发动机能否向大功率发展的关键。本文简要介绍了斯特林发动机基本原理和发展现状，阐述了斯特林发动机活塞杆的密封机理、摩擦副磨损机制及典型密封结构。在此基础上设计出符合斯特林发动机的活塞杆密封结构，即帽式密封加滑动密封的组合式密封结构。本文首先以接触式密封机理为基础，研究影响帽式密封和滑动密封的因素，分别建立压力、温度及装配过盈量条件下的接触压力数学模型；其次，以磨损机制为基础，研究影响密封件摩擦磨损的因素，建立有油润滑状态下的油膜参数与摩擦系数、粗糙度与体积磨损量的数学模型；再次，搭建了斯特林活塞杆密封试验台，用试验方法定量测量、分析以验证该数学模型的正确性和可应用性，并找出各工况参数对密封件的密封性能及其磨损率的影响规律；最后，结合试验分析的结果，从理论上提出了提高斯特林发动机活塞杆密封件的密封性能和减缓其摩擦磨损的方法，并对未来斯特林发动机密封装置的发展提出了展望。

全文目录

摘要  8-9
Abstract  9-10
插图索引  10-12
附表索引  12-13
第1章绪论  13-20
  1.1 课题背景及研究意义  13-15
  1.2 斯特林发动机的国内外研究现状  15-18
    1.2.1 国外研究现状  15-16
    1.2.2 国内研究现状  16-18
  1.3 课题来源及主要研究内容  18-19
  1.4 本章小结  19-20
第2章斯特林发动机活塞杆密封的基本原理  20-31
  2.1 活塞杆密封简介  20-22
    2.1.1 活塞杆的密封机理  20-21
    2.1.2 活塞杆往复密封润滑状态的判别  21-22
  2.2 斯特林发动机的密封装置  22-28
    2.2.1 活塞密封装置  22
    2.2.2 活塞杆密封装置  22-27
    2.2.3 常用的活塞杆密封结构与密封圈  27-28
  2.3 活塞杆密封的失效形式  28-29
    2.3.1 过度磨损  28
    2.3.2 疲劳磨损  28
    2.3.3 粘着磨损  28-29
    2.3.4 密封件老化  29
    2.3.5 化学腐蚀  29
    2.3.6 挤出变形  29
  2.4 活塞杆密封常见故障  29
  2.5 本章小结  29-31
第3章斯特林发动机活塞杆密封件密封性能理论分析  31-44
  3.1 斯特林发动机活塞杆密封结构  31-33
  3.2 帽式密封件动密封分析  33-37
    3.2.1 帽式密封件动密封机理分析  33
    3.2.2 弹性模量对帽式密封自紧密封性能的影响  33-34
    3.2.3 预压缩率对帽式密封密封性能的影响  34-35
    3.2.4 密封介质压力对帽式密封密封性能的影响  35-36
    3.2.5 密封介质工作温度对帽式密封密封性能的影响  36-37
  3.3 滑动密封件动密封分析  37-43
    3.3.1 滑动密封环受力分析  37-41
    3.3.2 预装配过盈量对活塞杆滑动密封件密封性能的影响  41
    3.3.3 活塞杆滑动密封件达到密封的条件  41-42
    3.3.4 理论计算  42-43
  3.4 本章小结  43-44
第4章活塞杆密封件的摩擦学研究  44-50
  4.1 活塞杆密封表面的润滑特性分析  44-46
    4.1.1 密封流体的润滑方程  44-45
    4.1.2 油膜润滑状态下密封件的摩擦系数分析  45-46
  4.2 活塞杆密封件的摩擦学研究  46-49
    4.2.1 非金属密封件的磨损机制分析  46
    4.2.2 表面粗糙度对滑动密封环磨损的影响  46-47
    4.2.3 径向接触压力对滑动密封环磨损的影响  47-48
    4.2.4 温度对帽式密封环磨损的影响  48-49
  4.3 本章小结  49-50
第5章杆密封件密封性能及其摩擦学试验分析  50-65
  5.1 斯特林发动机活塞杆密封试验台简介  50-52
  5.2 密封试验步骤  52-54
  5.3 帽式密封件密封试验分析  54-56
  5.4 滑动密封件密封试验分析  56-58
  5.5 活塞杆密封装置的密封试验分析  58-61
  5.6 杆密封装置的密封件摩擦学试验分析  61-63
    5.6.1 温度对帽式密封环的材料的磨损体积影响验证  61-62
    5.6.2 工质压力对滑动密封环材料的磨损体积影响验证  62
    5.6.3 密封件的磨损试验分析  62-63
  5.7 本章小结  63-65
结论与展望  65-66
参考文献  66-70
致谢  70-71
附录 A 攻读硕士学位期间所发表的论文  71

斯特林发动机杆密封装置性能与密封件摩擦学研究

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