基于多尺度分析的径向唇形密封摩擦行为研究

以VL型径向唇形密封结构为研究对象,采用数值仿真和试验研究相结合的方法,基于多尺度分析聚四氟乙烯(PTFE)密封材料的宏观和微观摩擦特性。结果表明,磷酸酯液压油润滑的PTFE密封材料的摩擦力较干摩擦平均下降28.7%,在磷酸酯液压油润滑下PTFE密封材料的宏观和微观接触压力和摩擦功密度均随着温度的升高而减小。     

基于多楔现象的微孔端面机械密封泄漏率分析及孔形设计

微孔的几何形状对微孔端面机械密封泄漏率有较大的影响，所以基于楔效应理论研究了微孔几何形状与泄漏率的关系。首先，应用等边三角形多楔现象的研究方法，对椭圆形、菱形、矩形、等腰三角形四种方向性微孔的多楔现象进行了分析，椭圆形、菱形和矩形微孔表现为中心对称两楔性质的微孔，等腰三角形微孔表现为非中心对称两楔性质的微孔。然后，分析了多楔现象对回吸率、回送率和泄漏率的影响，发散性楔形成的低压区是回吸率的主要影响因素，收敛性楔形成的高压区是回送率的主要影响因素，泄漏率受前两者的综合影响。最后，基于对多楔现象的理解，选取回吸能力最强和回送能力最强的两个楔形结构进行组合，设计出一种新的微孔，相比于原来的四种方向性微孔，其泄漏率最小。     

高速动压机械密封静环辅助O形圈密封和微动补偿性能分析

动压机械密封静环需要具备轴向滑移、角向摆动的能力，其中的O形圈在滑移界面起密封和补偿作用，其设计的优劣对密封的稳定运转至关重要。为此本文建立微动补偿结构的有限元模型，分别分析了O形圈整体槽和分体槽两种典型补偿结构在平滑微动补偿工况和受振动干扰微动补偿工况下预压缩量、介质压力以及线径大小对O形圈密封性能及补偿特性的影响，并进行了试验验证。分析结果表明：影响静环补偿性能最主要的因素是O形圈压缩量和界面摩擦系数；分体槽补偿结构在补偿过程具有更好的追随性，更适用于高速、强振动工况，表现为具有更小的摩擦力且波动程度小。通过试验验证了分析结果，得到了O形圈优化补偿结构参数，在动压机械密封启动阶段，O形圈摩擦力最大，减小压缩量、改善补偿界面润滑状态可以有效降低摩擦力的波动量提高补偿性能，其中良好的润滑能有效降低摩擦力波动量20%以上。研究结果为高速动压机械密封微动补偿结构设计提供了参考。     

泄漏间隙对涡旋压缩机润滑系统供油特性的影响分析

针对涡旋压缩机壳体与主轴之间的间隙产生泄漏对润滑系统供油特性的影响问题,依据样机建立了供油系统的泄漏模型。采用计算流体动力学软件对主轴与壳体之间不同间隙、不同主轴转速和机壳内不同储油槽形状条件下的润滑油流场进行三维动态模拟仿真,获得了涡旋压缩机润滑系统中结构间隙、主轴转速、储油槽形状的因素对供油特性影响及其变化规律。结果表明:随着涡旋压缩机壳体与主轴之间间隙的增加,润滑系统的泄漏量增加;随着主轴转速的增加,润滑系统的泄漏量减小;机壳内储油槽形状为矩形时,润滑系统的泄漏量最小。研究结果可为涡旋压缩机内部润滑系统的结构优化,油量分配,提供参考依据。     

不同形状方向性型孔液体润滑端面密封性能对比

表面微孔的方向性可以改变密封间隙中流体的流向,在孔区末端汇聚产生明显的流体动压效应,使摩擦副端面打开,形成全膜润滑。以不同开孔形状（圆形、菱形、椭圆形、长方形）型孔端面密封为研究对象,考虑润滑液膜中的空化现象,基于质量守恒JFO空化算法建立数值模拟模型,采用有限差分法求解Reynolds控制方程,获得端面膜压分布。对比分析了在不同操作参数和几何结构参数下不同开孔端面密封性能。结果表明：相比于圆孔,在低速或高压下,方向性型孔都具有较好的动压效应,且长方形孔的动压开启力最好,菱形孔泄漏率较小。当膜厚h₀=1.5～2.5 mm,孔深h_p=2～3 mm,长短轴比γ=3～4,反向开孔比β=0.5,倾斜角α₁=30°～50°、α₂=120°～140°时,不同形状方向性型孔可获得最佳的动压密封性能。     

屏蔽泵的运行与维护

普通离心泵的驱动是通过联轴器将泵的叶轮轴与电动轴相连接,使叶轮与电动机一起旋转而工作,而屏蔽泵是一种无密封泵。泵和驱动电机都被密封在一个被泵送介质充满的压力容器内,此压力容器只有静密封,并由一个电线组来提供旋转磁场并驱动转子。这种结构防泄漏主要依靠内部的防腐蚀屏蔽套,屏蔽套采用密封焊接,保证定子绕组和转子铁芯不浸入工作液体,故能做到完全无泄漏。屏蔽泵不需加油润滑,其轴承是靠自身工作液循环润滑,这就决定了中心轴为空心轴,以便于润滑工作液的回流.     

造粒机辊轮密封系统的改造

分析了密封结构、工作介质腐蚀性、粉体静压力对造粒机辊轮组合密封的影响,讨论了组合密封中迷宫密封与唇形密封的失效原因,给出了迷宫密封结构和密封方向的改进方案、唇形密封装配的方法及环形压紧弹簧材料的改造措施,以及静轴的防腐措施及其加工要求。     

不同形状方向性型孔液体润滑端面密封性能对比

表面微孔的方向性可以改变密封间隙中流体的流向,在孔区末端汇聚产生明显的流体动压效应,使摩擦副端面打开,形成全膜润滑。以不同开孔形状(圆形、菱形、椭圆形、长方形)型孔端面密封为研究对象,考虑润滑液膜中的空化现象,基于质量守恒JFO空化算法建立数值模拟模型,采用有限差分法求解Reynolds控制方程,获得端面膜压分布。对比分析了在不同操作参数和几何结构参数下不同开孔端面密封性能。结果表明:相比于圆孔,在低速或高压下,方向性型孔都具有较好的动压效应,且长方形孔的动压开启力最好,菱形孔泄漏率较小。当膜厚h0=1.5~2.5μm,孔深hp=2~3μm,长短轴比γ=3~4,反向开孔比β=0.5,倾斜角α1=30°~50°、α2=120°~140°时,不同形状方向性型孔可获得最佳的动压密封性能。     

摩擦副界面微造型序列对气体密封性能的影响

摩擦副表-界面的微型结构具有减少摩损、提高润滑性能等作用。在动、静环摩擦端面开设微槽与微孔的复合微造型跨尺度润滑气膜计算域模型,利用独有block映射技术的ICEM软件进行结构化网格划分,并对流场进行数值模拟。以密封的工况条件为出发点,结合微造型结构尺寸,从气膜开启力、泄漏量、润滑气膜摩擦系数及壁面剪切力四个方面展开讨论,结果表明:在介质压力和转速相同时,微孔的覆盖比对气体密封性能影响较大,增幅为5%～8%,并且当覆盖比为50%时气体密封的性能可达到最佳。之后以此为基准改变该模型微孔的密度、深度、直径,通过研究四种参数的变化规律发现微孔的密度和直径对密封性能提升较大,增幅为7%～8%,并且微孔密度为12.5%,深度为10μm,直径为400μm时气体密封性能可达到最佳水平。关键词:润滑性能;磨损;数值模拟;微造型;气体密封;结构参数     

氟化聚合物延长唇形轴用密封圈寿命

把聚四氟乙烯轴承材料应用于密封唇,能有效地提高径向唇形轴用密封圈的寿命,並改善其性能。密封失效常常是由于弹性密封唇口磨损过度造成的。由于磨损增加.唇口在轴丧而上的接触宽度加宽.唇口对轴的过盈减小。当密封失效时.润滑剂的泄漏通常也就逐渐地随时间增     

螺旋密封的设计与选用

螺旋密封是一种非接触型动力密封。它利用轴在旋转时的摩擦力对加工在密封套上或轴套上的螺旋槽内液体供给能量,产生泵送作用,使槽内液体的压力增高,以平衡机内被密封介质的压降,促使液体不断返回高压端,从而阻止泄漏,螺旋密封又称为螺纹密封。     

LNG接收站用低温球阀阀座唇形密封圈接触特性分析

低温球阀是液化天然气(LNG)接收站中必不可少的流体管道控制装置之一,其在低温工况下工作时阀座密封易发生泄露,严重威胁工业生产的正常运行。本工作基于热固耦合方法研究了LNG接收站用低温球阀唇形密封圈与阀体和阀座的接触特性,包括接触间隙和接触压力。结果表明,受低温介质的影响,唇形密封圈上存在较大温差,导致密封圈上的Mises应力大幅增加,最大Mises应力达到204.92 MPa。相比于常温工况时,低温工况时唇形密封圈的接触间隙变大,接触压力减小,最大接触间隙值达到-0.72 mm。增大弹簧预紧力在一定程度上可以改善低温工况时唇形密封圈的密封性能,增大接触压力。本工作对低温球阀的阀座密封设计和研究具有一定参考价值。     

基于正交试验的曲轴油封结构参数研究

为研究发动机曲轴油封结构参数对密封性能的影响,以规格为Φ80×Φ100×8.5的曲轴油封为研究对象,基于正交试验设计原理,结合有限元分析方法,研究结构参数油面唇角(α)、气面唇角(β)、安装过盈量(δ)、弹簧中心到唇口轴向距离(r)、油封腰厚(s)和弹簧劲度系数(k)对唇口平均接触压力(P_av)和唇口单位周长径向力(F_r)影响的大小顺序;优化目标为最大P_av和最小F_r,得到最优结构参数组合。结果表明:结构参数对P_av和Fr影响的大小顺序分别为β,δ,k,s,α,r和k,δ,r,s,β,α;与优化前曲轴油封相比,优化后曲轴油封的P_av增大2.61%,Fr减小28.74%,使用寿命显著延长。     

螺旋槽液膜密封热流体动力润滑性能分析

基于热流体动力润滑理论,建立了基于质量守恒和能量守恒的螺旋槽机械密封准三维热流体动力模型,采用有限单元法同时求解跨膜平均能量方程和动静环热传导方程,并迭代求解广义雷诺方程和温度方程获得了液膜压力、温度和密封环的温度分布。对比分析了不同螺旋槽参数下密封热流体动力润滑(THD)和流体动力润滑(HD)的密封特性。结果表明：高黏度下润滑液膜的热效应不可忽略。与THD模型相比,HD模型过高估计了开启力和摩擦系数,但低估了密封泄漏率。以开启力为目标,THD模型下的最优槽深小于HD模型下的值;大的槽坝比和螺旋槽个数均会增加密封泄漏率;螺旋槽结构对摩擦系数的影响规律与开启力趋势相反;大槽深和大槽坝比有助于降低液膜和密封环的温度。     

多孔质机械密封耦合润滑模型与密封性能分析

考虑多孔质材料内密封介质渗流与密封端面润滑液膜间的传质耦合关系,建立了一种多孔质机械密封的流体润滑模型,采用有限单元法求解液膜润滑方程和多孔质内部渗流控制方程,研究了膜厚、渗透率、多孔质环几何参数对密封性能的影响规律,揭示了多孔质机械密封的工作机理。结果表明：多孔质机械密封依靠流体静压效应在密封端面成膜,相较于普通平行端面密封,其液膜承载力和轴向刚度更大;随多孔质渗透率的增大,多孔质机械密封泄漏率和开启力逐渐增大,而液膜刚度逐渐减小;液膜厚度的增大会导致泄漏率的增大和开启力的减小,而液膜刚度先增大后减小,且不同渗透率下的最大刚度分别对应不同的膜厚值。研究结果可为多孔质机械密封的工程设计提供新的思路和理论指导。     

多孔质机械密封耦合润滑模型与密封性能分析

考虑多孔质材料内密封介质渗流与密封端面润滑液膜间的传质耦合关系,建立了一种多孔质机械密封的流体润滑模型,采用有限单元法求解液膜润滑方程和多孔质内部渗流控制方程,研究了膜厚、渗透率、多孔质环几何参数对密封性能的影响规律,揭示了多孔质机械密封的工作机理。结果表明：多孔质机械密封依靠流体静压效应在密封端面成膜,相较于普通平行端面密封,其液膜承载力和轴向刚度更大;随多孔质渗透率的增大,多孔质机械密封泄漏率和开启力逐渐增大,而液膜刚度逐渐减小;液膜厚度的增大会导致泄漏率的增大和开启力的减小,而液膜刚度先增大后减小,且不同渗透率下的最大刚度分别对应不同的膜厚值。研究结果可为多孔质机械密封的工程设计提供新的思路和理论指导。     

Formation of Open Micropores in Nanoporous Ceramics Based on Organosilicon Polymers

Micropores in nanoporous ceramics produced by pyrolysis of organosilicon polymers are investigated using BET and mercury porometry methods. The poor reproducibility of the obtained micropore structure is interpreted in the context of synergism.     

空化热效应对上游泵送机械密封润滑性能的影响

机械密封端面空化现象是影响机械密封润滑性能的重要因素。采用计算流体动力学方法,基于Antoine公式,建立了考虑空化热效应的计算流体动力学模型,并与常用的仅考虑端面液膜粘温效应的模型进行对比,分析了空化热效应对密封性能的影响。结果表明：在低转速下,空化热效应的影响可以忽略,但在高转速下空化热效应使上游泵送机械密封的高压区形成能力减弱,泵送量降低,开启力降低;在高转速工作条件下分析密封失效机理时,除了考虑黏温效应之外,还要考虑空化热效应的影响;空化热效应使螺旋槽槽区局部温度比仅考虑黏温特性时稍高;考虑空化热效应时,动环端面空化发生程度最严重,由动环端面沿膜厚方向至静环槽底,空化区域越来越小,槽底空化区域最小,此规律与仅考虑黏温关系时相反。     

一种自适应柱状密封气膜特性分析

提出一种自适应柱状气膜密封，构建气膜-密封环为研究对象，考虑了偏心间隙发散问题，并定义Rayleigh台阶对气膜周期的突变性，建立了气膜雷诺方程和膜厚变化函数关系式的动力润滑数值模型，获得了摩擦副气膜润滑特性，研究结果表明：气膜力随转速和压力升高而增加，泄漏量随压力升高而增加但是随转速增加而下降，说明密封内部压力流占主导地位。随后，利用曲面槽型雕刻技术，结合高速试验台对密封进行测试，结果表明：理论计算模型与试验结果吻合度较高，斜槽区域存在更多擦痕与磨损，说明斜槽浮动性弱于直列槽；但斜槽的切向流动小于直列槽，导致斜槽泄漏量小于直列槽。该研究成果为自适应柱状气膜密封的气体流动规律和应用提供了理论基础。     

新型上游泵送机械密封的性能研究

针对内径开槽的螺旋槽型上游泵送机械密封易于吸入固体颗粒而产生磨粒磨损的缺陷 ,研制开发出具有内外双密封坝的新型上游泵送机械密封端面结构。实验研究结果表明 ,新研制的双密封坝型上游泵送机械密封在密封性能、摩擦性能等方面明显优于普通的接触式机械密封 ,且与内径开槽上游泵送机械密封相比 ,其防固体颗粒能力大大提高。