锥形滑环组合密封有限元分析

采用ANSYS软件对锥形滑环组合密封进行有限元分析。分析了高压及超高压密封状态下动、静密封面的密封效果以及各密封部件的使用性能,解决了有限元分析过程中大应变问题和接触问题带来的收敛性差的技术难题和密封内压动态加载的技术难题。数值模拟结果表明,锥形滑环组合密封能够实现高压及超高压密封,且各密封部件工作状态良好。数值模拟工作为锥形滑环组合密封产品的开发提供了辅助。     

一种可用于压力容器水压试验的蒸汽腔密封装置

根据压力容器水压试验过程中蒸汽腔模拟件的密封要求,设计一种可用于蒸汽腔模拟件的密封装置。介绍密封装置主要组件如蒸汽腔模拟件、径向密封装置的设计和结构,以及蒸汽腔模拟件密封装置的装配,并通过试验验证该密封装置的可靠性。     

超低温弹簧蓄能密封圈动密封性能有限元分析与优化设计*

为进一步探究超低温工况下弹簧蓄能密封圈系统的动密封性能,建立弹簧蓄能密封圈系统的等效二维轴对称有限元模型;对密封圈轴向装配以及径向装配2种典型数值装配过程进行模拟、分析与比较,利用稳定装配后的构型计算在常温与超低温下密封圈在不同介质压力下的密封特性,并分析密封圈在不同工况下的动密封特性。基于数值模拟试验结果,对弹簧蓄能密封圈内唇表面结构、底座宽度以及弹簧刚度进行优化,并对3种优化策略进行评估验证。结果表明：在室温与超低温下,轴滑动的摩擦力都随介质压力的增大而增加;在超低温环境下夹套材料由于收缩而增大了对轴的压力,轴滑动时的摩擦力比常温下更大;随着介质压力增大,低温与室温下摩擦力差异减小。提出的3种优化方案都可在对密封性影响较小的前提下减小轴在工作过程中摩擦力,其中蓄能弹簧刚度的优化对于改善密封圈性能最为有效。     

轴用VL形组合密封件装配工艺仿真研究及验证

橡塑组合密封是由橡胶圈和塑料密封环组成,安装过程中塑料环的变形对密封性能有重要影响。以轴用VL形组合密封为例,基于三维有限元仿真模型和可视化密封装配台架针对不同流程的装配工艺开展研究。利用有限元仿真还原密封圈装配过程,搭建可视化密封件装配台架,开展密封件装配试验,验证有限元仿真装配过程的准确性;提取密封界面接触压力、接触宽度等关键参数,评判密封性能;建立密封性能与装配工艺之间的关系,优化密封件安装、矫正工艺流程,解决装配过程随机化、经验化问题。试验结果表明：常温安装时密封面接触宽度要小于加温安装;对于轴用VL形组合密封,在相同介质压力条件下接触宽度越小则密封面接触压力越大,从而密封性能越好。因此可以得出常温装配时密封性能更优。     

对数螺线指尖密封的装配变形分析

采用有限元法对两片叠置的对数螺线指尖密封在装配状态下由于指尖数目的不同对装配变形所产生的影响进行了数值分析 ,重点研究了由于装配变形可能造成的密封片接触表面间出现间隙的问题 ,以及由于指尖周向变形错位可能导致的指尖缝隙密封失效问题。这些研究工作对于提供无旁路泄漏的指尖密封优化结构是十分有意义的     

弹簧蓄能密封圈密封系统的密封特性研究

在弹簧蓄能密封圈密封系统的二维轴对称有限元模型的基础上,模拟密封圈的装配过程和介质加压过程,分析密封系统的密封特性,提取表征密封特性的接触宽度、接触压力分布、峰值接触压力等物理量。通过分析PTFE材料的失效模型,建立弹簧蓄能PTFE密封圈静密封特性的准则,在此基础上分析表征密封特性的相关物理量在装配和介质加压过程中的变化趋势。再将模型反馈到设计中,分析压缩量对相关物理量的影响。得到结论：唇口峰值接触压力随着介质压力的施加呈增大趋势,并且都大于介质压力,这表明弹簧蓄能PTFE密封圈有很好的自密封特性；介质压力增大,接触宽度和线接触压随之增大。     

锥面管接头界面密封性能研究

为提升锥面管接头密封性能,满足日益复杂的气液密性性能的要求,以堵头为例探究决定锥面密封密封性能的主要因素,并讨论堵头和管接头2种常见锥面密封密封性能的差异。采用有限元数值模拟的方法探究结构参数对锥面管接头密封性能的影响,并通过实验进行验证。结果表明:锥面密封系统在装配过程中会在垫片处形成三处明显的塑性区,其整体的密封性能主要受这三处的接触应力和接触面宽影响;堵头相较于管接头具有更好的密封可靠性;减小倒角半径以及增加配合内锥角差可提升局部区域的接触应力,而减小接触面积能更为有效地提升整体密封性能。     

直通式迷宫密封内可压缩流场的CFD数值模拟

以CFD软件FLUENT为基本工具,应用有限体积法对流场进行数值模拟,同时采用了k-ε湍流模型,通过耦合与离散相结合的方法求解N-S方程,数值模拟迷宫密封内流场.对单腔和两腔直通式密封做数值模拟,得到了流量系数随进出口压差变化的曲线,与实验结果比较,显示FLUENT软件在数值模拟类似流动时是可靠的,最后分析了密封齿几何参数对流量系数的影响,由此提出改进方案并进行优化.     

机械密封腔流场实验和数值模拟研究进展

机械密封腔内的流场行为对机械密封的性能有重要影响,国外对机械密封腔内的流场行为进行了广泛而深入的研究.综述了国内外对机械密封腔流场的研究情况,包括实验研究和数值模拟.实验研究主要是通过PIV、LDV等试验仪器测量不同机械密封腔结构内流场的速度、压力、固体颗粒分布等参数,掌握流场流动的规律,进而改善其操作环境;数值模拟主要是使用Fluent等CFD软件对流场的各参数、固体颗粒的轨迹等进行仿真,甚至可以模拟难以测量的复杂机械密封腔结构,其模拟结果与试验结果能够很好地相符,为更深入直观地理解机械密封腔内的流场行为提供了一个有用的工具.实验研究和数值模拟的研究结果对机械密封的研究与使用具有重要指导作用.     

填料密封阻塞下气体螺旋密封的数值模拟研究

针对填料密封阻塞下的气体螺旋密封泄漏问题,利用多孔介质概念对填料密封阻塞下的气体螺旋密封做了计算流体力学(CFD)数值模拟,用多孔介质概念来类比填料密封泄漏的机理,建立了相应的计算模型,并分析了该方法的可行性。数值模拟的计算结果表明,在给定的泄漏量条件下,填料密封渗透率分别随着螺旋密封的螺旋角,螺旋结构与壁面间隙及螺旋结构本身的槽深增大而减小,成反比例关系。当螺旋结构的螺旋角,螺旋结构与壁面间隙及螺旋结构本身槽深增大到一定范围时,螺旋密封的效果大大降低,这时填料密封在整个密封装置中起主要的密封作用。该研究结果为填料密封作用下的螺旋密封设计提供了一定的理论基础。     

螺旋槽气膜密封微间隙流场的三维数值模拟

根据端面、柱面气膜密封的结构特点,建立端面螺旋槽与柱面螺旋槽气膜密封三维数值分析模型,基于有限体积法利用Fluent软件对端面、柱面气膜密封三维流场特性进行数值模拟研究.与试验结果和相关文献的算例比较验证了该三维数值模拟方法的正确性,为进一步进行密封界面表面状态模拟分析及气膜密封的设计应用提供了理论基础.     

带耐火衬里高温反应器密封锥结构的设计

耐火衬里及支撑结构设计的可靠性是保证高温反应器壳体温度小于设计温度的关键因素。针对耐火衬里结构失效导致反应器壳体温度超过设计温度的问题,提出了一种双金属焊接的密封锥结构。该结构具有支撑金属衬里的作用以及将耐火材料与金属衬里之间的膨胀空间分割成多个密闭空间以阻止高温气体的流动,进而提高隔热可靠性。采用ANSYS软件中APDL语言建立了密封锥连接结构的有限元模型,通过研究密封锥不同角度以及厚度对计算结果的影响,得出了密封锥的最佳结构参数,并满足ASME标准的应力强度评定要求。模拟结果可为此类高温反应器耐火衬里结构的设计提供参考依据。     

压力自适应型机械密封的数值模拟研究

针对压力自适应型机械密封在高压工况下密封端面变形与密封性能不佳的问题,采用ANSYS中的计算流体力学软件FLUENT和有限元分析软件Mechanical APDL,在15.9 MPa高压工况下分别对密封端面间隙中的液膜流场和密封环进行了数值模拟分析研究,并将计算出的液膜流场状态和密封环变形结果进行了流固耦合求解,进而对液膜厚度对密封性能的影响规律进行了分析,同时对在实际工作状态下,工作压力逐渐上升,密封各性能参数的变化规律也进行了分析。研究结果表明,该密封在高压下的端面变形符合设计需要,密封环端面间的开启工作压力在3 MPa左右,在15.9 MPa高压工况下密封端面间流场的开启力为67.6 kN、泄漏量为0.04 m3/h,平衡膜厚为2.8μm。与其他类型的密封相比,结果显示该种密封能够在高压下提供足够的开启力和在低压下较小的泄漏量。     

旋转式压力能交换器密封端面液膜压力和泄漏量的数值模拟

旋转式压力能交换器是利用正位移原理进行流体压力能利用的装置.为全面了解其端面密封特性,基于N-S方程和SIMPLEC算法,在不同端面间隙和流量下,对密封端面流场进行了数值模拟,考察了密封压力和端面泄漏的变化情况.结果表明:转子转速对端面泄漏量没有影响,端面间隙内的流动为层流时,可以获得较为稳定的液膜压力;端面密封性能随着间隙的增加迅速恶化,当间隙超过0.03 mm后,即丧失密封能力.     

Design considerations towards the construction of hybrid floating brush seal (HFBS)

The hybrid floating brush seal (HFBS) represents an advance in brush seal technology by combining brush seal and film riding face seal technologies to create a hybrid seal that allows both axial and radial excursions of the sealed shaft without damage to seal integrity. At the same time, it eliminates interface surface speeds between the rotor and the brush bristles. This accomplishment is possible because the brush seal, which forms the primary seal, rotates with the shaft, while floating against a hydrodynamic face seal surface, which makes up the secondary seal. The present paper presents continuation work (Int J of Rotating Machinery, 7, 2002) and will concentrate on the methodology of (i) designing and choosing brush characteristics, and (ii) the design of the face seal that allows the floating of the brush plates against it. The brush simplified analytical model predicts the effects of centrifugal force on the bristles and allows implementation of a methodology for choosing and optimizing bristle geometry. The face seal design concentrates on ensuring seal integrity and dynamic stability of the entire assembly.     

端面刷式密封性能分析

针对端面刷式密封的特点,采用多孔介质模型作为刷丝区的分析模型,采用Fluent软件对端面刷式密封泄漏流动进行了模拟,得出刷丝区承担着主要压力降,起到主要密封作用。模拟结果与试验值进行了对比,得到较为一致的趋势,且试验值均高于理论值。用仿真方法讨论了一些重要参数对端面刷式密封性能的影响,可供工程实际参考。     

Method for solving the nonlinear inverse problem in gas face seal diagnosis based on surrogate models

Physical models carry quantitative and explainable expert knowledge. However, they have not been introduced into gas face seal diagnosis tasks because of the unacceptable computational cost of inferring the input fault parameters for the observed output or solving the inverse problem of the physical model. The presented work develops a surrogate-model-assisted method for solving the nonlinear inverse problem in limited physical model evaluations. The method prepares a small initial database on sites generated with a Latin hypercube design and then performs an iterative routine that benefits from the rapidity of the surrogate models and the reliability of the physical model. The method is validated on simulated and experimental cases. Results demonstrate that the method can effectively identify the parameters that induce the abnormal signal output with limited physical model evaluations. The presented work provides a quantitative, explainable, and feasible approach for identifying the cause of gas face seal contact. It is also applicable to mechanical devices that face similar difficulties.     

浅析搅拌釜顶部安装的机械密封设计思想

针对搅拌釜顶部安装的机械密封,密封端面工作条件比较复杂,往往处于干摩擦及边界摩擦状态,端面磨损较大。该文分析了搅拌釜顶部安装的机械密封的特点和设计依据,提出了搅拌釜顶部安装的机械密封设计思想。     

Design and Experimental Study on the Controllable High-Speed Spiral Groove Face Seals

The spiral groove face seal is a prime candidate for application of the liquid oxygen and liquid hydrogen turbopump. The study investigated the designs of the electro-magnetic loading device (EMLD) and friction torque testing device (FTTD), and their application in the interface experiments of face seals with spiral grooves which used water as the sealing fluid. The seal performance parameters, including face temperature, face friction torque, film pressure at the seal dam, were measured under the static balance position, and the effects of the face closing force, which varied with the axial load generated from the EMLD, on the seal performance were tested under a specific controlled mode. The result indicated that both the pressure at the seal dam and face temperature increased with the rotating speed and that small friction was obtained when the face seal was fully film-lubricated. The separation speed of the controllable seal could also be controlled, which helped seal faces lift off and met the conditions of the face noncontact status. Additionally, with the application of the EMLD and FTTD, seal operation monitoring was rendered possible and a controllable face seal with desirable performance was achieved. The findings of the current study lend great insights into engineering seal design and its applications.     

基于ANSYS的剖分式机械密封数值分析

运用ANSYS有限元软件对剖分式机械密封动环、静环3D模型进行数值模拟,研究不同螺钉预紧力、介质压力和弹簧比压下剖分式机械密封的分型面对整体机械密封的影响及分型面的连接紧密性。结果表明：连接螺钉应力分布符合螺钉实际受力情况,验证了利用有限元法模拟仿真的正确性;不同工况下,承载螺钉预紧力的剖分式机械密封动、静环端面变形均呈轴对称、连续性分布,且适当的螺钉预紧力能有效减小端面变形,降低分型面对密封环整体性的影响;螺钉预紧力是影响分型面变形的主要因素,且随着螺钉预紧力增大,可有效降低分型面的变形量,提高分型面连接的紧密性.