回转式空气预热器柔性密封片流固耦合分析

针对回转式空气预热器中柔性密封片与扇形板间的气体泄漏问题,建立了密封片装置有限元模型。通过流固耦合的方式对柔性密封片进行了数值模拟,研究了密封片结构参数对其预压量及最大等效应力的影响,归纳总结出一组柔性密封片设计参数。同时,对3mm内的密封间隙、预压量、漏风率及最大密封补偿量间的关系进行了研究,结果表明柔性密封片不能真正实现"零间隙"密封功能,而是将漏风间隙控制在极小的范围内。分析结果为柔性密封片的设计及改进提供一定的参考。     

采油树平板闸阀柔性密封圈结构优化设计

为了提高采油树平板闸阀密封圈的密封性能,在泛塞封的基础上,设计一种密封圈本体唇边开有锯齿状凸起的新型柔性密封结构;运用有限元分析方法模拟密封圈的工作状况,分析柔性密封结构特性参数对密封圈密封性能的影响,获得不同柔性密封圈结构参数下密封面间接触应力分布规律,并对新型密封结构进行优化。结果表明:密封面间最大接触应力随唇边锯齿数量、唇边夹角度数的增大而增大,随唇谷夹角度数的增大而减小;新型密封结构选择锯齿数量为3、唇边夹角为20°、唇谷夹角为30°的特性参数时,其最大接触应力比常规Y形密封圈提高了15倍;新型柔性密封结构的密封圈与阀杆、阀盖壁面间接触应力比常规Y形密封圈有显著提高,提高了密封圈的密封性能。     

六自由度并联柔性机构设计分析与优化

从自由度和约束角度进行机构设计与分析的螺旋理论,是柔性机构设计的重要方法之一。基于螺旋理论设计了一种六自由度的全柔性微动平台,并利用有限元分析软件对其进行相应的位移、应力和模态分析。通过平台的有限元分析,获取影响平台的主要结构参数,并将其作为柔性铰链的优化设计参数,为新型多自由度柔性机构的设计提供借鉴。     

非黏结海洋柔性软管接头密封性能的分析

介绍了非黏结海洋柔性软管接头的结构和密封原理,利用有限元方法,建立了软管接头密封结构的应力分析模型,计算了内压作用时密封件接触面上的接触应力,分析了密封件锥度、圆弧半径、初始过盈量及轴向加载位移对软管接头密封性能的影响。基于分析结果,合理设计密封件的尺寸参数,可以显著提高密封性能。     

梯形隔环和槽形胶筒组合式封隔器密封结构的优化设计

为了提高封隔器的密封性能,设计一种沿径向对称的梯形隔环和槽形胶筒组构成的新型密封结构,运用有限元分析方法模拟封隔器的工作状况,分析梯形隔环结构特性参数对封隔器密封性能影响,获得不同梯形隔环结构参数下封隔器胶筒组与套管壁间接触应力分布规律,并对新型密封结构进行优化。结果表明:新型密封结构选择梯形隔环中心线距离隔环端面距离10 mm、梯形隔环下底高9 mm、梯形隔环上底高8 mm,梯形隔环高度9 mm的特性参数时,其最大接触应力比常规密封结构提高了约84%。新型密封结构的胶筒组与套管壁的接触应力比常规封隔器有显著提高,提高封隔器的密封性能。     

用有限元方法合理设计磁流体密封结构

本文利用有限元数值计算方法对磁流体密封结构进行了分析。在对磁流体单级密封齿形研究基础上,提出了一种新型多级密封齿形结构。经计算其密封压差能比传统的矩形密封齿形结构提高十几个百分点,最后给出了具有这种新齿形“磁回路”各参数设计的取值范围。     

新型三维微动台的设计与试验分析

研究设计一种新型的、以压电陶瓷为驱动器的三维微动台结构。该微动台以柔性铰链为弹性导轨实现了微定位。 分析所采用的直圆柔性铰链的参数变化对其造成的性能影响;提出一种新型柔性铰链结构,利用有限元分析软件AN SYS对这种新型结构进行理论分析和试验测试。试验表明:采用这种柔性铰链结构的微动台刚度比较小、运动耦合误差 小,定位精度优于±0.01μm。     

高温超高压金属弹性环密封技术研究

针对氟橡胶O型圈只能使用在210℃、210 MPa的难题,设计了一种新型弹性环密封结构。该新型弹性环密封结构能使氟橡胶O型圈在250℃、250 MPa工况下安装简便、可靠密封。通过有限元分析方法,针对弹性环密封结构中的弹性环,分析各结构参数对弹性环的应力和变形的影响,快速、准确确定弹性密封结构尺寸。该密封结构在一定程度上可替代金属密封结构。     

水力加压器组合密封结构设计及参数优化

为了提高水力加压器密封性能,设计一种由滑环与O形密封圈组成的组合密封;利用流体压力渗透载荷的加载方法对密封结构进行有限元仿真,得到单因素滑环结构参数对密封性能的影响规律;利用正交试验,分析多因数滑环结构参数综合作用对活塞密封性能的影响。研究结果表明:滑环沟槽底部厚度、滑环侧边宽度、滑环高度、活塞单边径向密封间隙对动密封面接触压力影响依次减弱,新型密封结构选择滑环高度6.5 mm、滑环侧边宽度2.65 mm、滑环沟槽底部的厚度0.7 mm、单边径向间隙0.25 mm时,其最大接触应力比常规O形密封圈结构提高了245%;新型密封结构中的动密封面接触应力比常规O形密封圈结构有了显著的提高,提高了水力加压器的密封性能。     

新型上游泵送机械密封端面型槽结构的参数化建模

参数化建模是上游泵送机械密封型槽结构设计和优化的有效保障。本文通过对型槽结构的分析提出了一种新型螺旋线与圆弧组合的上游泵送机械密封端面型槽结构,并基于CAD/AutoLISP开发了参数化建模设计软件程序。程序能够实现与GAMBIT/FLUENT等分析软件的快速对接,提高上游泵送机械密封端面型槽结构优化的效率,其方便功能扩展的程序开放性,也为上游泵送机械密封其他新型组合型槽的开发提供了技术支持。     

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。     

跨超音速风洞喷管段柔壁新型充气密封围带研制

针对现有多座该类风洞充气密封围带存在的问题,提出"凹"字型结构充气密封围带设计方案。设计的充气密封围带在自然状态下能脱离与侧壁的接触,从而保证充气密封围带不与侧壁刮擦,提高密封围带的使用寿命;采用"凹"字型截面结构,可保证充气密封围带有足够的膨胀量,实现柔壁与风洞侧壁的密封。通过气密性试验、膨胀/回缩试验、试验夹具内密封试验、爆破压力试验、充气疲劳试验、模拟风洞工况试验,对设计的充气密封围带的密封性能进行验证,并成功应用于新建的某跨超音速风洞。实践证明该新型充气密封围带结构紧凑、密封可靠,寿命更长。     

油气两相柔性丝刷封传热性能数值分析及试验研究*

为解决大过盈结构的柔性丝刷封局部过热、过多热量传至下游从而影响设备性能等问题,针对轴承腔处油气两相的密封环境和柔性丝刷封大过盈的结构特点,建立油气两相柔性丝刷封传热模型并进行数值计算;试验测量柔性丝刷封挡板的实时温度及刷封的温度变化,研究油气两相介质下柔性丝刷封的温度场分布和传热性能,分析工况参数和结构参数对其传热性能的影响。结果表明：最高温度出现在转子与轴向段刷丝束接触处,轴向段刷丝区存在局部〖JP2〗高温,径向段刷丝无明显温度变化,解释了大过盈结构的柔性丝刷封的传热机制;增大压差、转速和介质油气比均会导致刷封出口热流量增加,压差对出口热流量影响最显著,可设置多级刷封密封装置降低出口热流量以适应高压差的密封环境。以降低出口热流量为目标,得到了结构参数的较优取值范围,可为其传热性能的提升和结构优化提供参考。     

闸板防喷器可控柔性密封性能分析

通过对闸板防喷器可控柔性密封的工作环境、密封原理的分析,提出采用丁腈橡胶作为密封基体、聚酰胺材料作为耐磨体组成的可控柔性密封胶芯结构,可大大减少密封橡胶的磨损量,延长胶芯的工作寿命。结合开关型可控柔性密封工作原理,建立胶芯的数值分析模型,通过运用Cosmos和Ansys分析软件对所建模型进行有限元分析。分析结果表明胶芯整体受力和变形满足设计要求,分析结果与实际胶芯的破坏部位相吻合。     

基于安装过程的O形圈安装结构优化分析

基于有限元分析软件ANSYS建立了O形往复密封圈二维轴对称几何模型,预测了实际安装过程中O形圈的静力学特性行为,分析了操作参数和轴端安装结构参数等对密封圈最大von Mises应力和最大平面剪切应力的影响规律,并给出了保证密封圈可靠安装过程的轴端安装结构参数最优值。结果表明,安装过程中,当密封圈与引入角内端圆角接触时,密封圈所受的von Mises应力和平面剪切力最大,且均发生在密封圈内部靠近空气侧处;减小对摩副接触摩擦因数、使引入角内端圆角半径大于3 mm及合理选择引入角角度均有利于降低密封圈安装受损的风险,这与实际工程经验较为符合。     

三分仓回转再生式空气预热器漏风设计计算模型

由于采用旋转再生的热量传递方式,回转式空气预热器在运行中压力泄漏和携带泄漏难以避免,三分仓预热器的泄漏发生在多个部位,泄漏气流数目达18支,轴向和周向压力泄漏相互作用,形成复杂的气体流动网络。建立三分仓回转式空气预热器全面的漏风设计计算模型,在已知预热器进出口烟气和空气压力、温度以及出口空气流量、进口烟气流量的情况下,采用给定的密封间隙数据,通过求解描述泄漏和混合过程的方程组,确定所有泄漏气流的方向和流量,进而得到流过传热元件的实际气体流量等参数。利用一台600 MW锅炉三分仓回转式预热器的实际数据,模拟计算不同密封间隙时的气体泄漏,结果表明,一次风泄漏量约占空气泄漏量的75%;实际流过传热元件的一次风流量占预热器入口一次风流量的72%～86%;密封间隙变化对一次风系统的影响远大于二次风;忽略烟气携带泄漏会导致预热器漏风率的测量值比实际值低0.85%左右。     

柔性钻杆O形圈球面密封性能研究

柔性钻杆已成为老井改造和增产提效的重要工具,为保障柔性钻杆球面密封的可靠性,对设计的一种O形圈球面密封结构开展数值模拟和试验研究。基于ANSYS有限元分析软件探究密封间隙、流体压力、转动角度以及有无挡环等因素对O形圈von Mises应力、接触应力、有效密封宽度等密封特性参数的影响。结果表明：流体压力与密封间隙存在耦合关系,流体压力越高要求密封间隙越小;往复转动会导致最大von Mises应力和最大接触应力升高,且随着密封间隙增大而影响加剧;挡环的安装可有效防止在密封间隙和流体压力较大时O形圈挤入缝隙。通过室内试验验证了O形圈球面密封结构的可靠性,为现场应用提供了理论依据和技术支撑。     

悬臂式柔性支撑柱面气膜密封力学性能研究

基于三维SolidWorks软件建立柱面气膜悬臂式柔性支撑结构模型,分析柔性支撑结构对柱面气膜密封结构稳定性的影响;采用单向流固耦合的仿真方法,研究悬臂支撑板厚度、支撑结构材料、悬臂支撑数量,以及气膜操作参数转速和压差,对悬臂式柔性支撑结构和浮环的最大变形、最大应力应变有影响。结果表明：随悬臂支撑板厚度增大,平均变形量和平均等效应力减小;随悬臂支撑板数量增加,最大变形量逐渐减小,最大等效应力先增大后减小;研究的铝合金、铍青铜、不锈钢及钛合金4种悬臂支撑板中,不锈钢材料悬臂支撑板的最大变形量最小,承受的最大等效应力最大;随着转速和压差的增加,悬臂支撑板最大变形量以及最大等效应力均逐渐增加。在研究范围内,柔性支撑结构可以减小浮环的变形量,浮环变形量小于最小气膜厚度,保证了密封结构稳定运行。     

一种液压缸串联式组合密封及流场分析

针对液压缸传统的活塞密封,如接触密封、间隙密封存在的不足,将接触密封与间隙密封沿活塞轴向有机集成,提出一种新型串联式组合密封结构。建立该结构的数值分析模型,通过数值仿真获得流场压力分布、密封圈变形与内泄漏特性,以及结构参数对密封性能的影响规律。结果表明：在进出口压力相同的情况下,相比于接触密封,组合密封的内部结构中压力损失更大,密封圈受到的压力和冲击更小,有利于减少密封件变形;组合密封结构中端部的间隙密封对油液实施了阻滞,使中间的密封圈承受的油液冲击和压力变弱,因而密封圈变形更小;组合密封的多级密封结构能更好地屏蔽泄漏,提升密封性能;组合密封内泄漏受间隙密封长度、密封间隙和油液压力的影响,增大间隙密封长度、减小密封间隙和油液压力,可减少泄漏量。内泄漏物理实验进一步表明,该组合密封能有效减少内泄漏量,提高密封性能,且在密封圈出现损伤故障时,仍能在很大程度上抑制或减少内泄漏,提高密封效果与可靠性。