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《特种加工技术智能化与精密化——第17届全国特种加工学术会议论文集(摘要)》2017年
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基于Comsol的上游泵送机械密封增材制造仿真研究

张凡  纪仁杰  刘永红  任维波  杨泽林  金辉  王晓龙  武鑫磊  
【摘要】:上游泵送机械密封是一种流体润滑的非接触式机械密封,密封能够彻底消除对环境的污染,具有磨损少、发热小、使用寿命长、运行维护费用低、经济效益明显等优点,可替代普通的接触式机械密封,具有广阔的应用前景。而对于上游泵送中关键部件—密封环的制造却相对困难。目前,国内外常见的上游泵送机械密封流体动压槽的加工方法主要有激光加工、电解加工、电火花加工、快速成型加工技术等,但这些方法都存在各种无法避免的问题,阻碍了上游泵送机械密封的制造。而电化学增材制造技术是近年来发展较为迅速的先进制造技术,根据电化学原理的局部增材制造工艺可制造出特定形貌的金属工件,并能保证良好的工件精度。因而可以尝试采用局部增材制造工艺对上游泵送密封环进行增材制造。本文通过Comsol仿真软件,对上游泵送机械密封环在浸没和无浸没状态下的流场和电沉积过程进行仿真分析。根据仿真结果,可得出内冲液形式在阳极浸没和无浸没情况下流场变化不大,虽然在阳极出口处有一定涡流影响,但均能在两极正对处产生均匀的流场,从而保证局部离子浓度的平衡。通过对圆环电极电流密度和和离子浓度的分析,电流密度的分布对密封环增材制造过程影响较大,电极有浸没时电场线分布较广且密集;当电极无浸没时,电场线仅局限在电镀液范围内,电场线分布少且疏松,结合增长层厚度变化可以看出,浸没的电场强度大的地方,增长层较厚,增材制造效率较高,但对增长层局部生长均匀性影响较大,导致增长形状的改变;而无浸没时,由于电场的局限,使得增长层的形貌较为完整。本文以沉积环形形状为模型,通过Comsol仿真软件对上游泵送机械密封环进行增材制造仿真,根据对流场和电场的分析,建立了相应的增材制造模型,并结合阳极内冲液方法,实现了对圆环电沉积在浸没和无浸没两种环境下流体分布和电流密度仿真,分析得出两种环境下沉积的不同状态。为固定形貌电沉积提供有效的理论支持,为进一步研究上游泵送机械密封的增材制造工艺机理奠定基础。

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