叶片式摆动液压缸门形密封结构的设计及性能分析

针对叶片式摆动液压缸的泄漏问题,设计一种门型密封结构,该结构具有"自密封"优点,能够根据工作压力的变化调节密封压力,对密封面进行自适应密封。基于有限元分析方法,在ANSYS中建立门形密封结构的接触模型,研究预压缩量、工作压力对接触面压力和油膜厚度的影响。结果表明:当门形密封结构的预压缩量在0~2 mm,工作压力在0~3 MPa范围内时,密封面的接触应力分别同预压缩量和工作压力呈线性关系,反映自密封功能非常理想;同时密封面油膜分布呈楔形分布,具有良好的承载能力和润滑性,减少了密封面的摩擦力,提高了叶片式摆动液压缸缸的运动效率和稳定性。     

基于弹流理论的叶片动密封膜厚与泄漏量的数值研究

以矩形截面门柱形弹性叶片密封为研究对象,基于弹性流体动力润滑理论的膜厚方程,在求解密封表面接触压力的基础上,建立了叶片动密封泄漏量的数值模型;编写了MATLAB求解程序,基于实例进行了膜厚和泄漏量计算.计算结果表明,在密封压力20MPa时,密封表面接触压力在(20.2～23.2)MPa之间,当与密封面相对运动的刚体为平面时,油膜厚度仅约0.05 μm,当与密封面相对运动刚体为凸面时,油膜厚度约0.5μm,由此引起的单只叶片密封的动密封泄漏量约0.15ml/min.     

考虑闭合效应的刷式密封泄漏特性研究

采用基于非线性Darcian多孔介质模型的Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程的数值方法研究实验测量的零间隙和具有间隙的刷式密封在不同压比和转速下的泄漏特性,提出针对刷式密封闭合效应的间隙修正公式。考虑闭合效应后具有间隙的刷式密封泄漏量的预测结果与实验数据吻合,验证所建立刷式密封闭合效应修正模型的有效性。研究结果表明:刷丝束顶部与转轴间的间隙导致刷丝束内部压力降低且具有较为明显的径向压差,径向压差的存在导致刷丝束产生闭合效应,进而减小了刷式密封的有效密封间隙;闭合效应使得刷式密封有效间隙随着压比升高而减小,数值计算刷式密封泄漏特性时考虑闭合效应可以显著提高预测精度;在相同压比和转速下,具有间隙的刷式密封的泄漏量明显大于零间隙刷式密封的泄漏量;刷式密封的泄漏量随着压比的增大而增大;在所研究的转速范围内转速对刷式密封的泄漏特性的影响有限。     

基于相似原理的环瓣式石墨密封泄漏流动特性求解模型

环瓣式石墨密封因其泄漏通道尺寸微小，导致其建模、网格划分以及计算困难。基于相似原理方法建立环瓣式石墨密封泄漏通道求解模型，采用方程分析法推导环瓣式石墨密封泄漏通道内流体流动相似准则，获得遵循几何相似和力学相似的映射模型，并采用建立的泄漏通道映射模型分析环瓣式石墨密封的泄漏流动特性，并与实际模型计算结果进行比较。研究结果表明：泄漏通道内气体流动相似性可综合采用弗劳德、欧拉、雷诺相似准则表征；映射前后模型相同结构位置处流体压力、速度分布具有较好的一致性。通过映射模型求解的泄漏量与实际模型求解的泄漏量相对误差在误差允许范围内，验证了推导的泄漏通道流体流动相似准则和映射方法的可靠性，为研究环瓣式石墨密封微小泄漏通道泄漏流动特性提供新方法。     

汽轮机刷式汽封设计

介绍了刷式汽封的研究与应用发展状况,阐述了刷式汽封的基本结构,分析了刷式汽封与传统梳齿密封不同的密封机制和密封效果.根据某国产汽轮机高压缸前端轴封参数对刷式汽封泄漏量进行计算,并对结构参数、材料进行选择.     

基于ALE流固耦合方法的刷式密封刷丝接触变形特性理论与试验研究

刷式密封刷丝接触变形引起的泄漏损失、刷丝断裂等问题较为突出,现有刷式密封流固耦合方法存在因刷丝接触引起网格畸变而难以计算的问题。提出基于ALE(Arbitrary Lagrange-Euler)流固耦合方法建立刷式密封刷丝接触变形特性三维瞬态求解模型,设计搭建刷式密封刷丝接触变形观测试验装置,设计加工基本型和有/无压力腔低滞后型共三种刷式密封试验件,在理论计算与试验测试结果相互对比验证的基础上,系统研究压比和刷式密封结构对刷丝接触变形和接触应力的影响,基于接触摩擦力量化分析比较三种刷式密封的滞后效应。研究结果表明,ALE流固耦合方法解决了传统刷式密封数值方法难以计算的问题,可准确计算刷式密封的流场特性与刷丝接触变形特性;在所研究工况下,无压力腔低滞后型刷式密封泄漏量和刷丝轴向变形量最大,其刷丝固定端接触应力也最大,基本型刷式密封泄漏量和刷丝轴向变形量最小但产生的滞后效应最强,有压力腔低滞后型刷式密封可以减弱刷丝变形和滞后效应,但末排刷丝与后挡板的接触应力最大,该位置易发生因应力集中而导致刷丝断裂。     

静密封条件下摆动油缸端面密封的建模与仿真

叶片式液压摆动油缸正常运行的关键之一在于端面密封的密封可靠性。对叶片式液压摆动油缸端面密封在静密封条件下进行数学建模,通过对该模型求解得出端面密封与转子、定子之间的接触压力,同时运用有限元软件对端面密封与转子、定子的接触压力进行仿真求解。在预压缩量0~0.5 mm,油压0~20 MPa范围内,接触压力的解析解和有限元分析结果相近,同时样机实验结果也验证了在单侧预压缩量为0和0.1 mm,油压在0~20 MPa范围时模型的正确性,这表明所建立的端面密封模型可用于判断端面密封在静密封条件下的密封可靠性。     

叶片式摆动液压油缸盖板静态密封设计

为降低制造与维护成本,选用标准规格的O型圈作为叶片式液压摆动油缸盖板静态密封,并对密封圈沟槽结构与尺寸进行优化,以保证静态密封能防止外部和内部泄漏。通过解析计算,初步确定密封沟槽尺寸;建立盖板静态密封的有限元模型,进行三重非线性有限元分析,模拟盖板安装到定子上的过程中O型圈的变形及应力分布。盖板静态密封的有限元优化设计基本达到预期目标。     

旁通泄漏与摆动式叶片马达最低稳定角速度的关系

摆动式叶片马达的内泄漏量直接影响其输出角速度大小;文章建立了带有旁路泄漏通道摆动马达的传递函数;在系统传递函数建立过程中,以马达工作腔输入流量为输入,马达输出角速度为输出,考虑旁通泄漏模型以及马达摩擦力矩模型,推导出马达最低稳定速度的表达式;通过分析旁路泄漏通道的参数对于马达最低稳定运行速度的影响,从而给出马达最低稳定速度与马达内泄漏、旁路泄漏通道参数之间的关系,并提出了马达最低稳定速度对应输入流量的计算方法。     

影响装载机盘式制动器微泄漏因素研究

通过对装载机盘式制动器作用机理分析,提出了静密封的观点,建立了泄漏物理模型,并用该模型对装载机某型号盘式制动器影响微泄漏的因素进行了分析,得出环型密封槽的轴线与主缸轴线之间的偏心量是影响泄漏量的关键因素,同时通过计算所得的极限泄漏量与气密性试验台采用的极限泄漏量相符,证明所建立的泄漏物理模型是合理的.     

液压摆缸叶片密封的疲劳失效研究

以液压摆动油缸叶片密封为研究对象,基于断裂力学理论,建立叶片密封疲劳寿命预测公式;采用Mooney-Rivlin本构模型表征密封件的力学行为,利用ABAQUS对密封件进行仿真分析,研究预压缩率和工作油压对叶片密封疲劳失效寿命的影响;应用疲劳寿命预测公式,预测了危险截面的寿命值。研究结果表明:叶片密封最容易疲劳断裂的位置位于低压侧靠近叶片槽倒角处;在10%～20%预压缩率下,疲劳寿命值先增加后减小,在12%压缩率时达到峰值;工作油压对密封失效和疲劳寿命的影响最大,工作油压达到10 MPa以后,疲劳寿命急速下降。通过试验样机叶片密封的疲劳断裂位置,间接验证了理论分析的正确性,为摆缸叶片密封疲劳寿命的预测提供理论方法。     

三分仓回转式空气预热器泄漏和传热耦合计算

回转式预热器的气体泄漏发生在多个部位,由大空间之间的小孔流动、携带泄漏、质量和能量守恒组成的非线性方程组描述,泄漏模型确定的流过传热元件的气体流量是传热计算的基础;回转预热器的热量传递包括携带迁移和对流换热两个过程,传热模型确定的气体出口温度是泄漏计算的必要数据;采用考虑轴向导热的二维的偏微分方程描述三分仓回转式预热器的热量传递,该方程与泄漏模型的多维非线性方程构成泄漏和传热耦合模型,给出耦合模型的求解方法,它提供更为精细的回转式预热器设计计算方法。对一台实际运行的三分仓回转式预热器不同密封间隙下的性能进行模拟,并将理论计算值和实际测量数据进行对比,结果表明,模型有较好的精度;径向和轴向泄漏会降低锅炉排烟温度,使预热器漏风率增大;旁路漏风会引起锅炉排烟温度增加,但对预热器漏风影响很小;预热器不同部位的泄漏对漏风率和锅炉排烟温度有不同影响。     

船舱隔壁螺旋槽旋转密封装置密封性能优化

为研究螺旋槽旋转密封装置用于船舱隔壁密封的密封性能,同时获取螺旋槽结构的最优取值范围,对螺旋槽各参数对泄漏量影响规律进行理论分析;选取泄漏量的显著性影响因素,采用Box-Behnken优化方法设计密封装置泄漏量试验,得到多型样机泄漏量测试结果;建立泄漏量和各影响因素间的数学模型,获得不同影响因素对泄漏量的二阶交互作用响应面,分析不同影响因素间交互影响规律。结果表明：螺旋槽密封装置泄漏量随槽数、螺旋角和槽深比的增大均先增大后减小,随槽台比和槽坝比的增大则逐渐增大;建立的数学模型计算结果和试验数据相关性较强,表明该模型可用于准确预测船舱隔壁螺旋槽旋转密封装置泄漏量。     

回转式空气预热器流场仿真分析

为分析某电厂1000 MW锅炉机组的双密封回转式空气预热器漏风问题,建立局部流体仿真模型。通过理论计算和仿真模拟相结合的方法分析了密封间隙对回转式空气预热器内部流场压力分布、密封压差及漏风率的影响,并针对“三密封”特殊时刻下的流场压力及漏风率变化做了研究。结果表明,密封间隙从2 mm到8 mm的变化过程中,密封片受到的最大压差小于7000 Pa;为使空预器漏风率小于5%,其漏风间隙需要控制在3 mm以内;“三密封”时刻下的漏风率达到了最小值,为3.98%。经过分析总结,为密封片的载荷计算及密封片的改进提供一定的参考。     

回转式空气预热器柔性密封片模拟分析

针对目前市场上回转式空气预热器(简称空预器)普遍存在漏风率较大问题,提出了一种新型柔性密封片。新型柔性密封片采用镍基高温合金材料制成,其结构参数包括厚度、初始上翘角度、总长和半径。通过理论分析与仿真计算相结合的方法,分析了密封片总体尺寸对其抗风压性能的影响。从基本力学模型出发,运用有限元方法对不同结构参数的柔性密封片进行模拟分析,优化其结构参数,设计出满足其工作要求的密封片,对柔性密封片的设计具有一定指导意义。     

旋转缸套式制冷压缩机减摩与密封结构的探讨

针对滑片式旋转压缩机存在摩擦损失大和泄漏损失多的状况，介绍并分析了几种具有旋转缸套特征的减摩技术与密封结构。研究表明，旋转缸套式的结构可以大幅度减少滑片外端与缸孔壁面之间的摩擦损失，但随之会产生旋转缸套外表面的摩擦问题；而采用旋转缸套结合嵌固叶片与随动端盖的结构方式，则可以从根本上解决叶片外端及叶片两侧端处的摩擦与泄漏的问题，然而却会导致压缩机的结构复杂化。     

滑片式压缩机摩擦力密封结构的改进设计

本针对传统滑片式压缩机隔离叶片与缸内孔壁面之间,以及隔离叶片与两侧密封端盖之间存在有较大摩擦和泄漏的毛病,采用旋转缸筒、嵌固隔离叶片和随动端盖的新型结构方案,有效地解决了这些问题。     

单螺杆膨胀机泄漏通道长度变化规律的理论分析

对于回转式的容积型膨胀机,内部泄漏是影响其性能的重要因素。单螺杆膨胀机具有复杂的三维空间结构,使得其内部泄漏规律变得很复杂。为了研究单螺杆膨胀机内泄漏规律,从单螺杆膨胀机的几何结构出发,建立泄漏通道长度的数学模型,并分析进气孔口,螺杆直径和星轮直径等因素对泄漏通道长度的影响规律。结果表明,在进气过程中,当进气孔口完全加入时,泄漏通道L9达到最大值,在膨胀过程中,泄漏通道的长度大小关系依次为L8>L7>L1+L2+L4>L9>L6>L3+L5;单螺杆膨胀机螺头处泄漏通道的长度与内容积比有关,进气过程螺头处泄漏通道的长度随着内容积比的增大而减小;在内容积比不变的情况下,螺杆直径和星轮直径相等(等径)时,直径越大,泄漏线越长,且螺杆直径和星轮直径不相等(不等径)的泄漏线比等径时的更长,受进气孔口的影响更大。通过上述工作,为单螺杆膨胀机内泄漏量的分析计算提供基础数据,并为单螺杆膨胀机的结构优化提供理论指导。     

任意缸体旋叶式压缩机的叶片型线设计理论研究及应用

与缸体内壁相接触的叶片头部形状是旋叶式压缩机设计的关键之一。应用微分几何理论,研究出与各设计基本参数紧密相关、与缸体型线相匹配的叶片型线设计方法,从理论上保证旋叶式压缩机的运行可靠性,为实现高效压缩的旋叶式压缩机设计提供计算依据,拓宽设计理论。计算机仿真与试验表明,由设计理论获得的叶片具有很好的啮合特性,完全消除了尖点滑移和局部磨损现象,具有均匀相对滑动;型线的形状保证叶片头部与缸体内壁的运行可靠性;叶片头部具有最简单的型线形状,易于机械加工制造;与主型线光滑连接的前、后过渡修正圆弧,使叶片与缸体内壁啮合时,不成刀刃状,且利于形成油膜,改进润滑状况,同时降低缸体、转子及转子叶片和叶片槽的加工和装配精度要求。     

三凸起凸轮叶片泵泄漏与容积效率实验

针对单排双凸起凸轮叶片泵流量脉动较大的问题,提出一种三凸起的新型凸轮叶片泵,该泵由三凸起的凸轮转子与两叶片组成,能够保证瞬时流量的均匀性。基于三凸起凸轮叶片泵内部结构的分析,归纳出该泵的几何排量计算公式,并分析该泵主要泄漏途径。通过建立各泄漏途径的流量数学公式,得出该泵的总泄漏量,并通过搭建实验系统进行了容积效率实验。结果表明：随着负载压力的升高,泵的容积效率随之降低,在负载压力为14 MPa时,理论容积效率为95.93%,实验容积效率为88.6%。