自密封原理在超高压密封中的应用

自密封是用密封介质的压力来调节接触压力,这是密封史上最古老最通用的方法之一。在大多数接触密封装置上都利用了自密封原理。随着科学技术的发展,超高压技术得到了越来越广泛的应用。压力越高,密封就越困难。自密封原理在超高压技术中得到广泛的应用,并且正在继续开发出许多新型的密封结构。图1所示的空心金属O形圈是一种在超高压静密封中常用的密封圈,它的侧壁开有若干小孔或缝,压力介质可以通过这些小孔或缝进入内部,具有良好的自密封性。这种圈在1000     

弹性金属密封技术

介绍了空心金属O形密封环、C密封(C-Seal)、E密封(E-Seal)等几种典型的弹性金属密封,阐述了几种密封的各自特点,以及与产品相关的材料、生产工艺等内容,探讨了国内同行业与国外在产品与技术上的差距,指出了我国在弹性金属密封产品上的发展方向.     

自调式密封

自调式密封是当液压力增加时,能使装有该密封的活塞对缸体壁的摩擦力不增加的一种新的密封。若采用普通的O形密封圈,则随着液压力的增加O形圈变形增大,对缸体壁的接触压力也增大,使运动副的摩擦阻力随之增大。摩擦阻力过大,不仅造成活塞运动的非线性,而且容易咬损O形圈。本文对自调式密封装置的原理、结构和实验等作些简要介绍。 1 结构和原理自调式密封的结构如图1a所示,O形圈低压侧挡圈的上部为三角形,下部为矩形。当     

真空腔体O形圈密封中燕尾槽使用的研究

为解决在真空腔体中如何利用燕尾槽进行O形圈密封的问题,首先介绍了燕尾槽在金属有机物化学气相沉积(MOCVD)设备研制中的应用,接着介绍了O形圈密封失效的准则,然后利用ANSYS商用软件对不同规格的O形圈及相应的燕尾槽建立了模型,并进行了分析和计算,最后得到了具有较高工程指导价值的结论.研究结果表明,在O形圈密封中,当密...     

水下航行器尾轴密封结构的研究

计算了橡胶O形圈和机械密封结构在水下航行器尾轴密封中的摩擦功率损耗。结果表明，使用机械密封的摩擦功耗比橡胶O形圈的少，采用机械密封可以提高水下航行器的航程。     

流体静压型机械密封中辅助密封位置对密封性能的影响

辅助密封是静压型机械密封重要的组成部分，其位置变化会对高压条件机械密封的性能产生重要影响，针对该问题，本文考虑密封组件之间的多体接触关系与O形圈辅助密封的影响，建立了静压型机械密封的热流固耦合计算模型。基于此模型，分析了机械密封性能随辅助密封位置参数变化的规律和机理，对比了不同安装部位O形圈位置参数的敏感性程度。结果表明，不同安装部位O形圈的位置参数对机械密封性能影响程度显著不同，其中密封环背部O形圈对密封性能影响极大，其泄漏率的平均变化率为2.06，因此在设计和制造过程中需特别注意。     

深海环境下的O形圈静密封设计

针对深海高压特殊环境,将现有O形圈密封结构进行改进和优化使其在海下具有更好的密封性能。利用ANSYS软件建立O形橡胶圈二维轴对称模型,分析深海环境下密封槽直径、O形圈材料、密封槽深度、法兰间隙等对O形圈密封性能影响。结果表明:深海环境下,应适当加大密封槽直径以避免压缩后O形圈与槽壁间形成空腔;深海环境下使用的O形圈,采用丁腈橡胶,选择压缩率在20%~25%之间,密封间隙为0较为合适。     

不同沟槽棱圆角半径对带挡环的O形圈密封的影响

O形圈密封沟槽棱圆角有利于O形圈和挡环的安装,防止O形圈或挡环被锐边划伤而影响密封可靠性,且沟槽棱圆角半径对O形圈密封性能也有较大影响.以沟槽棱圆角半径为变量,利用有限元分析软件建立有、无挡环配合使用2种O形圈密封结构的二维轴对称模型,分析在35 MPa介质压力下静密封和动密封2种密封状态下O形圈密封性能,比较不同半径...     

水下连接器球面密封沟槽对O形圈密封性能的影响分析

一种可以实现水下连接角度补偿的球形法兰连接器采用O形圈作为主要的密封元件,位于球面上的密封槽通过影响O形圈的伸长率和压缩率来实现密封效果。槽宽b与槽深h是密封沟槽的主要尺寸,在满足球面沟槽设计准则的前提下,对O形圈球面密封沟槽的尺寸进行了设计计算。基于标准沟槽与球面沟槽体积大小一致的原则,确定了球面密封槽的具体尺寸。密封圈沟槽的尺寸设计主要改变了O形圈的压缩率大小。通过研究压缩率对O形圈密封效果的影响可以确定,17.6%左右的压缩率能够使密封圈的密封效果达到最佳。     

水下环境下不同密封结构形式性能分析

为选择合理的水下装备密封结构形式,对格莱圈、O形圈、X形圈组合和矩形圈在水下环境下的密封性能进行分析。采用ABAQUS软件分别建立4种密封结构的有限元分析模型,研究4种密封结构在预压缩阶段、变压缩率和变外界压力下的等效应力、接触应力和剪切应力变化规律,对比分析4种密封结构的密封性能。研究结果表明：相同的初始压缩率下,矩形圈最大等效应力最大,然后依次是X形圈组合、格莱圈、O形圈,矩形圈最大接触应力和最大剪切应力最大,然后依次是X形圈组合、O形圈、格莱圈,矩形圈在初始压缩阶段具有更好的密封性能;随着初始压缩率和外界压力的增大,格莱圈、O形圈、X形圈组合和矩形圈的最大等效应力、接触应力、剪切应力随之增大,其中矩形圈和X形圈组合的应力增长率较高。矩形圈和X形圈组合在密封能力方面较优,但其等效应力和剪切应力水平过高,容易诱发密封失效;格莱圈和O形圈虽然在密封能力方面不如矩形圈和X形圈组合,但其最大等效应力和最大剪切力较小,故其用作密封时寿命更长。     

Mechanical behavior and sealing performance of metal sealing system in roller cone bits

Metal sealing system is used frequently in the dynamic rotary seal of downhole tools of petroleum, natural gas and mining. Mechanical behavior and sealing performance of the metal sealing system in roller cone bit were analyzed in this paper. Influences of pressure difference, compression ratio, fluid pressure, angle and thermal load on the metal sealing system’s mechanical behavior and seal performance were studied. The results show that the effect of pressure difference should be considered under fluid pressure. The von Mises stress concentrates on the inside of O-rings under the influence of compression ratio. The low-stress area appears on the inside of O-rings under the effect of fluid pressure. The high-stress concentration area of metal sealing surface appears on the surface of metal rings under different angles. Sealing performance, compression ratio, fluid pressure and angle have the same change trend. Thermal load is not a single impact on the stress distribution and deformation, but together with fluid pressure affects the sealing performance. The dynamic O-ring more easily fails than the static O-ring. Those results can provide a new direction for the structural optimization of metal sealing system in roller cone bits.

     

深海环境中水下滑翔器密封结构数值分析

为检验水下密封结构的可靠性,利用Ansys Workbench集成平台对有无挡圈配合的O形密封圈的变形和受力情况进行比较分析,并对深水环境中有挡圈配合的O形圈的密封性能进行数值模拟分析。结果表明:在介质压力较大时,有挡圈配合的O形圈可有效防止挤入咬伤,在同样保证密封可靠的条件下最大Von Mises应力可减小20%以上;当介质压力为10 MPa左右时,有挡圈配合的O形圈的最大Von Mises应力有明显的拐点,介质压力大于10 MPa后,O形圈的应力变化趋于平缓,可避免O形圈被破坏导致的密封失效;有挡圈配合的O形圈结构中,起密封作用的是O形圈而非挡圈,挡圈的作用主要是改善O形圈的受力,提高整个密封结构的可靠性。模拟的结果可以说明O形圈配合挡圈提高密封可靠性的原理,为水下密封结构的可靠性检验和密封结构的优化提供了有效的方法。     

基于流固耦合的橡胶O形圈老化对密封性能的影响研究

橡胶O形圈在高温受压的环境下易发生老化并产生泄漏,而最大接触压力和永久压缩变形不足以判定密封系统的密封性能。为了更加精准研究橡胶O形圈在高温受压情况下的老化对密封性能的影响,通过实验获取橡胶O形圈老化后的泄漏率和性能数据,构建有限元仿真模型,获取不同老化时间下的密封面接触压力,结合流固耦合模型计算出理论泄漏率。通过对比不同老化时间后的橡胶O形圈的实验泄漏率和密封面接触压力评估其密封性能。对比数值模型得到的结果和实验结果,发现理论模型与实际情况一致性较好,验证了该理论模型可为橡胶O形圈的老化行为分析、预测提供指导。     

柔性石墨波齿复合垫片的常温性能研究

本论述分析了波齿复合垫片的常温力学性能和密封性能试验研究。研究表明,波齿复合垫片具有良好的压缩回弹性能和密封性能;在试验的基础上得出了密封试验曲线及其关系方程式,可作为该种垫片密封设计的重要依据;因石墨纸与金属波齿的结合是采用粘贴方式,波谷内未能充实柔性石墨,因此反映出垫片初始压紧阶段的承载能力低,故建议垫片出厂前应进行预压缩。     

矩形橡胶密封圈的有限元分析

利用ANSYS建立了矩形橡胶密封圈的有限元模型,分析了初始压缩率和液体压力对矩形圈变形和密封面处接触压力的影响,并与O形圈进行了对比。结果表明,矩形圈密封面处的接触压力随初始压缩率和液体压力的增加而增大;矩形圈较O形圈的接触压力均匀、密封面大、密封效果好且初始压缩率小、老化速度慢、尺寸稳定性好,但矩形密封圈的接触面积大,散热效果差,只能用于静密封。     

水下柔性连接器的O形圈球面密封性能分析

水下柔性连接器可解决水下油气管道在连接时因管道角度偏离而无法成功对接的问题。水下连接器的密封结构以球面上的O形圈为主，为了验证连接器密封结构在水下的密封性能，通过对O形圈材料本构方程的计算分析，得到O形圈橡胶材料的重要材料参数；从von Mises应力、接触压力、不同接触面的接触宽度等方面，分析不同介质压力对O形圈密封性能的影响。结果表明：水下柔性连接器密封结构在不同工作状态下均能够保持良好的密封性能，且介质压力越大，O形圈与球形结构上的密封槽之间的接触应力就越大，连接器密封性能有所提升。通过压力试验验证了O形圈球形结构应用在水下是可靠的。     

考虑温度影响的O形圈可靠性分析

针对O形圈处在高温工况容易发生热膨胀及应力松弛并导致失效的情况,利用有限元软件分析比较考虑温度时和不考虑温度时O形圈的应力及应力随着时间的松弛情况,并使用响应面法,计算出O形圈的剪切破坏失效、密封失效及多失效的可靠度。结果表明:高温对O形圈的应力分布和松弛速率的影响很大;O形圈的剪切破坏可靠度及泄漏失效可靠度随时间呈下降趋势,初期会发生急剧下降而后期下降速度减小;O形圈的多失效可靠度前期急剧减小然后基本达到稳定,表明O形圈在使用初期没有发生失效,则其在后期发生失效的概率较低。     

液压缸活塞密封性能的有限元分析

以某油缸的活塞密封为研究对象,运用有限元分析方法,借助ANSYS软件对O形圈和唇形圈进行了有限元分析,并比较了二者综合等效应力分布情况。结果表明:密封圈的应力集中区域为密封圈与缸筒接触以及密封圈挤进间隙且与活塞沟槽(或者挡圈)接触的区域,这两个部位是密封圈的薄弱环节;唇形圈内部的应力分布比O形圈内部的应力分布明显均匀,应力集中现象不明显,从理论上验证了采用唇形圈代替O形圈的密封方式,能够在一定程度上解决由密封失效引起的油缸内泄的设想;用有限元方法研究液压缸密封性能具有直观、快速、可靠的优势,该思路和方法同样适用于其它类型的密封元件。     

应力松弛条件下O形圈的密封性能研究

为了研究O形圈的应力松弛规律及其在应力松弛条件下的密封性能,通过O形圈应力松弛试验,得到其轴向载荷衰减规律,将这些载荷值导入ANSYS中计算出O形圈的接触压力,并利用逾渗理论计算出O形圈密封面的泄漏率。研究结果表明:应力松弛条件下,O形圈上的轴向载荷随时间缓慢下降,初始压力越大轴向载荷衰减得越快,总体来看O形圈上的轴向载荷随时间遵循F_z=Aexp(-t/B)+C的衰减规律;施加的载荷越大O形圈与其接触面各点的接触压力越大,且不同载荷下O形圈与其接触面各点的接触压力均大于介质压力;应力松弛条件下O形圈密封面的泄漏率极小。试验、仿真计算及理论分析均表明,O形圈在应力松弛条件下具有良好的密封性能,证明了O形圈作为静密封的可靠性。     

O-ring wear test machine

An abrasive wear test machine was built to study the friction and wear resistance of O-ring materials. In this test machine, two O-ring segments are held against a rotating roughened metal disc. The disc and the O-ring specimens are submerged in an abrasive fluid (drilling mud). The roughened disc surface draws the abrasive particles between the O-ring and the disc surface to produce three-body abrasive wear. Wear occurs on both the specimen and the disc. The wear of the O-ring specimen is determined by weight loss measurements. By careful design of the disc and selection of the test conditions, wear surface similarity was obtained between machine-tested O-rings and O-rings used in field-operated equipment. The testing machine is described, preliminary wear results are presented and photographs of field-worn and machine-worn specimens are shown for three materials.