往复轴用阶梯圈的台架试验及其寿命研究

该文以往复轴用阶梯圈为研究对象,利用往复密封试验台架,测试了不同密封圈材料和不同工况条件下往复轴用阶梯圈的泄漏量、磨损率和挤出宽度等,研究了材料配方、试验压力和往复速度对轴用阶梯圈寿命的影响,并对密封失效原因进行了分析。结果发现,往复密封轴用阶梯圈具有良好的动密封性能,特别是高压下密封性能更佳。材料配方、试验压力和往复速度是影响往复轴用阶梯圈使用寿命的三个重要因素。     

Y形活塞杆密封动静态性能分析及结构优化

为提高液压缸活塞杆用Y形密封的可靠性,研究其在动、静密封状态下的密封特性。通过有限元分析,研究Y形密封在不同工况下的受力、变形及主密封面接触压力分布规律。根据液压往复密封原理,研究不同介质压力下活塞杆密封在往复行程中的泄漏量的变化趋势。结果表明：Y形密封在安装工况下抵抗压力冲击的能力较弱;随着介质压力增大,Y形密封在静密封状态下的密封性能指数、动密封状态下的净泵回量均有所下降,防止泄漏的能力降低;高压工况下,Y形密封抗挤出能力降低,根部被挤入密封间隙,将出现咬伤现象导致密封系统失效。针对Y形密封工作过程中出现的咬伤问题,使用根部倒角的方法进行结构优化;利用中心设计方法建立以单个往复行程中的泄漏量为目标函数的响应面模型,对Y形密封进行结构优化。优化后的Y形密封在动、静密封状态下的密封性能得到提高,磨损速度、被咬伤的风险降低,提高了Y形密封的可靠性。     

深海活塞压力平衡器组合密封结构设计与分析

活塞往复动密封是活塞压力平衡器核心部件,传统活塞往复密封在深海大压力下容易出现爬行、泄漏等现象。基于传统油压往复密封理论,提出一种新型串联式组合往复动密封结构,该结构以矩形直通式迷宫密封为前置密封,以星形密封圈为主密封。通过有限元分析验证迷宫密封对流体压力耗散作用,并确定出星形圈初始压缩率。研究表明:迷宫密封对流体压力具有明显耗散作用,可为主密封创造有利的密封条件;主密封接触应力大于静水压力,结合密封判定条件,可判定新型组合密封整体性能满足设计要求。     

静子带矩形边界结构迷宫密封泄漏性能的数值研究*

在直通型迷宫密封的基础上对静子边界进行改进,设计矩形凹槽、前置矩形凸起、后置矩形凸起3种矩形结构迷宫密封结构,采用CFD三维分析的方法,研究各迷宫密封在不同压比、转速下的泄漏特性,并分析流场内部轴向压降、速度场、湍动能耗散率及流线等情况,探讨密封的流动机制。研究结果表明:压比对迷宫密封封严性能的影响很大,随着压比的增加,迷宫密封的泄漏量逐渐增大,而转速对迷宫密封封严性能的影响很小;矩形凸起结构具有更低的泄漏量,且其泄漏量随压比的变化更不敏感,能在更宽域的压比范围内稳定的工作,其中前置矩形凸起型结构具有最优的密封效果。在静子上设置矩形结构能破坏气体流动的边界,强化湍流效果,增加湍动能耗散,从而有效降低泄漏量。     

煤油介质轴向柱塞泵设计的关键技术

轴向柱塞泵结构组成复杂,是技术含量较高的液压元件,其工作涉及到固体场、流场和热场等多场耦合问题,以煤油为工作介质的轴向柱塞泵更是增加了设计难度。根据煤油介质黏度低、易泄漏的特点,从柱塞泵的结构形式、运动分析、轴尾密封和摩擦副材料四个方面入手,研究了煤油介质轴向柱塞泵设计的关键技术,为煤油泵的研发奠定了基础,同时可为其他低黏度介质柱塞泵的设计提供参考。     

基于逾渗理论的接触式机械密封泄漏特性分析

以接触式机械密封动、静环接触界面为研究对象,分析其表面微观形貌中的自仿射分形特性,结合逾渗理论,对密封端面泄漏通道特性进行理论分析,并利用Fluent软件对微通道内的流体流动进行数值模拟,探讨机械密封的端面载荷、表面形貌参数对泄漏量的影响。研究结果表明,密封端面的泄漏量随密封端面分形维数的增加而降低;在某一确定分形维数下,随着表面轮廓尺寸系数的增大,泄漏率也相应增大;端面比载荷对机械密封泄漏率的影响存在但并不显著。逾渗理论是一种研究多孔介质的强无序及随机几何结构端面特性的较好方法,对实现机械密封工作状况的正确判断,指导机械密封件的设计、制造、使用和维修具有一定的指导意义。     

介质压缩性对高压柱塞泵间隙泄漏的影响

密封是影响高压柱塞泵可靠运行的关键因素。首先,建立柱塞组件数学模型,对柱塞组件的动态泄漏量与容积效率进行理论分析与计算;其次,为揭示水的压缩性对柱塞泵泄漏量与容积效率的影响机理,利用Fluent对以水为介质的高压柱塞泵的柱塞组件内部流场进行仿真分析。结果表明:随着压力增大,水的可压缩性对间隙泄漏的影响程度呈非线性增大,当压力超过50 MPa时,其影响程度变得更大。该研究方法与结果为设计水为介质的高压径向柱塞泵的间隙密封提供了理论依据。     

高渗透介质微泄漏阀门中腔密封研究

阐述了随着核电技术的发展,对核电阀门要求越来越高的现状,比如高温气冷堆等四代核电堆型一回路冷却剂(氦气)的特殊性,对核电阀门的密封性能提出了更高的要求。介绍了研究高温气冷堆核级氦气截止阀低泄漏率中腔密封结构的意义,并通过研究分析确定了低泄漏率中腔密封结构的研制难点和对应的解决措施,并对一台DN100截止阀样件开展中腔密封结构的详细设计,完成了满足低泄漏率要求中腔密封结构的开发,同时为了确保其密封性能能够满足要求,对样件中腔密封结构中的金属C型圈所承受载荷进行有限元分析,验证了其所承受的线载荷能够使其起到良好的密封效果,并对样件进行一系列的氦检漏试验,证明了该中腔密封结构具有良好的密封性能。通过本课题的研究,掌握了核级氦气截止阀满足低泄漏率要求的中腔密封结构关键技术,解决了氦气等高渗透性介质工况阀门中腔密封结构密封性能保证的难题,可以为高温气冷堆核级氦气截止阀等具有低漏率要求阀门的中腔密封结构的设计提供借鉴。     

基于正交试验的迷宫密封性能分析研究

针对影响往复迷宫压缩机密封性能因素,探究迷宫密封泄漏量与影响因素之间的关系。本文结合FLUENT软件中的动网格技术和正交试验法,对影响迷宫密封泄漏量的关键参数进行对比分析[1,2],从而获得该模型的最优方案,通过模拟仿真和理论计算验证其正确性。结果表明:迷宫密封参数对泄漏量的影响程度的大小顺序为:密封间隙、进出口压比、空腔深度、活塞速度,该模型的最优方案为间隙0.3mm、进出口压比3、空腔深度1.0mm、活塞速度5m/s。     

基于响应面法的柱塞泵迷宫密封优化设计

为了优化柱塞泵的迷宫密封结构减少泄漏量,选取密封槽角度、高度、宽度等参数为优化变量,以泄漏量最小为优化目标,采用神经网络响应面对迷宫密封结构建立了优化模型,并分析了各设计参数对泄漏量的影响;基于建立的响应面模型,以泄漏量最小为优化目标,应用遗传算法进行了优化计算,优化后的迷宫密封结构的泄漏量比原型降低了97.3%,并对优化后的结构应用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)进行了验证,结果表明该优化结果比较准确。     

水压往复密封面临仿真问题

该文对水压往复柱塞密封仿真现状进行了调研,得出了目前油压密封仿真较为成熟,而水压密封仿真薄弱的结论。由于水的低粘度及物理特性使水压密封成膜难,仿真需要对密封物理组成建立系统性和精细化的模型。水压密封流态一般为混合润滑,剖析了两种低粘度介质流态的判别方法,揭示了润滑流态转换条件及表现特征。在仿真过程中指出了Reynolds方程应考虑惯性项,给出了几种Reynolds方程适用性及求解数值方法,论述了数值方法的特点。分析了成膜密封磨损机制,粗糙度大小是影响磨损程度主因。提出了借助实验建立较完善仿真模型观点,以提高仿真模型置信度。明晰了仿真在密封设计中优化作用,运用传统油压理论处理水压密封等效性问题需进一步探讨,提出了未来水压密封面临探索性问题。     

基于液压往复密封的聚醚醚酮性能研究及其应用

针对液压往复密封的低摩擦、高耐磨、耐高压抗挤出、耐液压油等独特工况条件,采用聚四氟乙烯(PTFE)和碳纤维对聚醚醚酮(PEEK)材料进行填充改性,研究改性PEEK材料的力学性能和摩擦磨损性能,并与填料改性PTFE材料进行比较。通过结构设计和有限元仿真分析,对改性PEEK材料与弹性体材料组合的密封件在不同温度下的密封性能进行了模拟和分析,并通过密封功能试验对模拟分析结果进行了验证。结果发现:质量分数20%PTFE填充改性PEEK材料的摩擦因数最低,且其对金属摩擦副无损伤,更适用于液压往复密封;组合密封能有效克服PEEK材料弹性性能差、安装困难的不足。有限元仿真分析结果表明,组合密封在不同温度下能很好适应42 MPa的压力。密封功能试验表明,组合密封比单一PEEK材料密封的启动摩擦力小、泄漏率低,证明改性PEEK材料可替代聚四氟乙烯和尼龙材料应用在液压往复密封领域。     

高压柱塞泵往复密封性能及机理的研究

本文叙述了对柱塞泵往复密封件沿轴向压力分布、泄漏量随压力变化进行的测试;利用Naiver-Stokes方程和有限元理论,对密封件的压力沿轴向的分布规律、泄漏量与压力变化关系进行了计算。通过试验,验证了理论计算结果的重要性,从而揭示了它的密封机理。     

牵引绳用调控式高压往复密封性能研究

采用ABAQUS软件对牵引绳用调控式往复密封装置在高压环境下的密封性能进行有限元分析,获得密封组件与牵引绳的应力分布及变形情况,分析调控压力与介质压力对密封泄漏率及摩擦力的影响规律。设计搭建主密封试验装置并进行试验验证。结果表明:采用合理的调控压力与密封结构设计可以实现较好的接触应力分布,显著地减少密封泄漏;随着调控压力的增加,密封泄漏率先迅速下降,而后缓慢下降并逐渐趋于稳定,当调控压力大于介质压力的1.3倍时,泄漏率接近于0;增加调控压力导致摩擦力呈现先缓后急的增长趋势;介质压力对密封环具有开启作用,能够降低流体膜压力而减小摩擦力;工程应用中,维持调控压力比介质压力高出0.2~0.5 MPa时密封效果最好。     

高压入口往复泵的优化设计

针对往复泵进口压力过高所产生的问题,通过对往复泵动力端润滑液压平衡机构、性塞密封副、进出口组合阀结构的分析研究,提出了高压人口往复泵独特的结构设计特点,同时结合现场使用情况给出了最适用的场合和工况。     

作业现场自行式多用途试压泵

为满足井下作业封井器试压及井口的试压、管柱及下井泵的密封验证、液压式封隔器座封及打丢手等现场需要,研制开发了作业现场自行式多用途试压泵。该泵采用拖拉机作为牵引动力和试压装置动力,利用加装液压马达作为输出动力源,可分别驱动两用高压小排量柱塞泵及大排量螺杆泵,既能大排量现场作业快速灌注液体要求,又能平稳可控地进行高压试压、下井泵的密封验证、液压式封隔器座封及打丢手等不同施工需要。     

液压往复密封理论、技术与应用的进展研究

综述了液压往复密封偶合面的摩擦、磨损和润滑，从边界润滑液膜的形成，密封失效的机制和动力润滑密封方面，评述了液压往复密封理论的研究进展。通过液压往复密封的结构设计方法、材料、应用及其技术进展分析，提出密封件截面形状的变化、新型的组合密封仍是未来往复密封的主要结构形式，密封性能和耐磨特性的改善和提高，密封结构和材料的进一步分离，往复密封的可控性提高、系统内部资源的充分利用是未来往复密封的研究热点和发展趋势。     

一种隔离式柱塞泵的研究与应用--呼吸管柱塞泵

呼吸管柱塞泵是一种专门输送渣浆颗粒介质的柱塞泵，它比普通的柱塞泵增加了一个进液阀和呼吸管，借助干净介质将输送颗粒介质与柱塞腔隔离开，使柱塞、柱塞密封工作在于净介质的环境中，从而延长了柱塞泵的使用寿命，提高了工作压力、降低了制造成本。     

多柱塞阀配流往复式容积泵新型流量调节方法研究

针对多柱塞阀配流往复式容积泵的结构特点,提出了通过使进液阀在排液行程阶段延迟关闭的方法来实现泵出口流量调节的目的。为探究这种新型流量调节方法的有效性,利用AMESim建立了仿真模型并进行了仿真分析。结果表明：以曲轴转角位置作为控制信号,从曲轴处于排液行程位置开始,控制各个柱塞腔进液阀依序延迟关闭一定的曲轴转角角度,可使已进入柱塞腔的部分液压介质经进液阀回流至液箱,进而使流经排液阀进入后续液压系统的流体体积减少,最终实现了流量调节目的。相较于现有的基于变频技术和电磁卸荷技术的流量调节方案,提出的新型流量调节方法可避免由于曲轴转速反复变化引起的泵动力端润滑质量下降以及由于卸荷阀反复启闭引起的后续液压系统压力波动频繁等问题。