差速浮动式传输密封性能分析

介绍一种新型的非接触式轴端机械密封——差速浮动式传输密封的工作原理及密封机制,根据流体力学的基本原理和静压气体润滑理论,建立传输密封泄漏量、压力分布、摩擦转矩、端面温升、承载能力和液膜刚度的计算公式。利用MATLAB软件对传输密封的性能进行数值模拟,分析密封结构参数和动力参数对密封性能的影响。分析结果表明,端面泄漏量的重要影响因素是端面间隙、液压油的压力波动和液压油的黏度,动环转速对泄漏流量的影响很小;密封间隙中主要以混合摩擦为主,且摩擦转矩与端面压力成正比,与密封间隙近似成反比例关系;密封间隙中的液膜刚度在初始液阻比为1时取最大值,且液膜刚度与端面压力成正比,与密封间隙成反比例关系。     

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。     

压力补偿变间隙密封液压缸研究

针对恒间隙密封液压缸内泄漏量随压力升高而增加的特性,应用金属材料弹性变形理论和间隙密封理论,提出了一种变形活塞式压力补偿变间隙密封液压缸。研究了活塞的变形机理,推导了活塞唇边变形量计算公式并进行了仿真分析。通过试验测得了自补偿变间隙密封液压缸泄漏量随压力的变化情况,试验结果表明,活塞的变形能够有效减少间隙泄漏量。     

超高速涡轮泵机械密封热弹流润滑特性研究

以超高速涡轮泵用机械密封为研究对象,针对超高速工况下密封界面多场耦合变形行为和热弹流润滑特性不明等问题,建立密封动静环和润滑液膜的耦合数学模型,研究不同转速和密封压力下的密封界面润滑特性和端面变形行为,分析相应的密封性能变化规律。结果表明：超高速工况下密封端面产生沿泄漏方向收敛的液膜间隙,密封动环的高温热变形是主因;随密封压力的增大,液膜间隙的收敛角减小,最大膜厚和泄漏率增大,端面温升明显减小;随着转速的增大,液膜间隙的收敛角、端面温升和泄漏率增大,摩擦扭矩减小。建立的流固热力耦合模型可为超高速涡轮泵用机械密封端面的优化设计提供理论指导。     

石墨密封环端面压力变形的试验研究

采用电涡流位移传感器对整体石墨密封环和镶装式石墨密封环的端面压力变形进行试验研究,分析石墨环结构和加工工艺对密封端面压力变形的影响.试验结果表明,密封压力使石墨环密封端面产生了负锥度变形;镶装过程使镶装式石墨环底面产生的径向和周向变形会导致密封端面产生较大的压力变形;对镶装式石墨环端面的精加工处理可有效抑制石墨环的端面压力变形.     

弹性变形对泵用高速波度端面机械密封液体泄漏特性的影响

高参工况下密封环的弹性变形在一定程度上会影响密封性能。以波度端面机械密封为研究对象，考虑空化效应和弹性变形，对高速波度端面机械密封液体泄漏特性开展理论研究。采用有限差分方法数值求解密封的压力分布、开启力和泄漏量，重点分析密封端面波度几何参数以及密封工况参数对开启力和泄漏率的影响规律。结果表明：高速工况下波度密封端面空化加剧以及端面变形，使得密封端面承载力减小；当表面波度幅值较小时，考虑弹性变形时的密封开启力大于不考虑弹性变形时的密封开启力，而表面波度幅值大于0.2μm之后，两者呈现相反的结果；考虑弹性变形时的密封泄漏率则均大于不考虑弹性变形时的密封泄漏率；在弹性变形影响下，波度端面机械密封的密封性能主要受密封压力和密封间隙的影响；随着密封压力的增加，密封泄漏率增加；随着密封间隙的增加，考虑弹性变形前后的泄漏率差值逐渐减小。在文中计算条件下，弹性变形使得密封泄漏率增加可达50%以上。     

收敛楔形间隙流体静压机械密封中流场的数值模拟

建立了收敛楔形间隙机械密封流场的数值模型,基于有限体积法,采用流体力学软件Fluent,对密封间隙中的液膜进行三维数值模拟,得到了密封间隙中液膜的压力和速度分布.分析端面各结构参数(如密封面宽、收敛锥角)及操作参数(如转速、压力)对密封性能的影响,并计算得到稳定工况下的工作膜厚及泄漏量.结果表明:收敛锥角越大,泄漏量及开启力越大;最小液膜厚度越大,泄漏量越大,开启力越小;静压密封中轴转速对泄漏量及开启力影响不大.     

镶装式石墨密封环的压力变形研究

采用有限元方法分析镶装式石墨密封环和整体石墨密封环的压力变形情况.结果表明:密封压力使石墨环密封端面产生负锥度变形,随着密封压力的增大,端面压力变形呈线性增加;镶装式结构能显著增加石墨环的整体强度和刚度,减小密封端面的压力变形,提高机械密封的可靠性.     

随钻压力测量装置端面密封应力与泄漏量计算

针对井下高温高压极端环境,针对建立了随钻压力测量装置端面密封的有限元模型和数学模型,通过施加井下工况边界条件,在不同压缩率下对端面密封圈进行了仿真分析与数值计算,得到了主密封面处密封应力的变化规律、油膜分布规律和泄漏量的变化特征,并与相关的经验公式的计算结果进行了对比,能够较好的与其吻合,为测量装置的密封设计提供了依据。     

热弹变形对核主泵用流体静压型机械密封性能的影响

针对核主泵用流体静压型机械密封在高压和高速条件下,其密封性能易受端面热弹变形影响的特点,通过建立收敛台阶端面流体静压型机械密封的稳态传热模型,并考虑流体粘度随压力、温度的变化,建立端面流体膜压力和密封环温度的控制方程,采用有限差分法求解各控制方程,采用有限元法求解密封环热、弹变形,对密封进行流、固、热耦合分析,研究热弹变形对密封性能的影响;同时改变操作参数,研究端面温度、热弹变形、端面流体膜平衡间隙等随之产生的变化规律.结果表明,端面的弹性变形大于热变形;热弹变形的综合影响使端面由外径向内径形成收敛间隙,导致开启力、泄漏率和液膜刚度增加;动环角速度越高,流体温升越大,端面热变形越明显,泄漏率越大;流体注入温度越低,温粘效应越显著;流体注入压力越高,热弹变形量越大,密封端面平衡间隙亦越大.     

新型密封在煤气加压机中的应用

针对煤气加压机轴封泄漏煤气严重的现象,严重污染环境,给职工的身心健康造成严重的危害,给安全生产带来隐患.采用DMSF双端面机械密封对煤气加压机的轴封结构进行了改造,使煤气加压机轴封达到了零泄漏.     

减压阀静态密封的故障研究

本文概述了减压阀存在的静密封问题,分析了渗漏的机理,并提出了改进方案.通过提高密封表面的质量、增加O型圈的直径等措施,解决了渗漏问题.     

一种静压轴承密封的研制

基于奥尔-佐默菲尔德层流流动理论和层流流动的性质,建立了密封腔内外流动模型,并研制出了一种用于水轮机的静压轴承密封。这种密封的主要原理是利用密封外面输入清洁水,使内外腔压差克服泥沙水的压力。该密封减少了水的泄漏,改善了密封的使用条件,减少了磨损,同时也降低了维修费用,达到节能的效果。     

基于多孔介质模型的机械密封静压泄漏特性分析

针对接触式机械密封普遍存在的渗漏现象,考虑到流体在多孔介质中的流动和在密封端面间的流动具有相似特征,基于多孔介质模型建立密封端面间渗流模型,通过对动量方程和连续性方程的推导,得到适用于密封端面间流体流动的控制方程,提出一种密封端面间泄漏率的解析计算新方法,并与COMSOL数值模拟得到的泄漏率进行对比分析;研究孔隙率、端面表面粗糙度、膜厚、密封介质压力和弹簧比压对静压泄漏特性的影响规律。结果表明,泄漏率随孔隙率、端面表面粗糙度、膜厚和密封介质压力的增大而增大,随弹簧比压的增大而减小,解析计算结果和数值模拟结果的变化趋势基本一致,证明该解析法计算泄漏率具有实用性和可行性。     

汽轮机中压平衡活塞汽封间隙及漏汽量在线监测的原理及应用

现有的测定中压平衡活塞汽封漏汽量的变汽温试验法存在一定的误差且不能实现在线监测。分析变汽温试验法存在的误差,并考虑中压平衡活塞汽封漏汽的影响,对某300 MW汽轮机进行变工况详细计算。结果表明,中压缸效率基本不受再热蒸汽流量、中压平衡活塞汽封漏汽量及再热蒸汽温度的影响。基于相邻两工况下中压平衡活塞汽封间隙一定及中压缸相对内效率相等的原理,提出中压平衡活塞汽封间隙、漏汽量及中压缸相对内效率的计算方法。利用变工况详细计算数据进行检验,以及与变汽温试验法测定结果进行比较,证明所提出的计算方法的有效性。利用所提出的计算方法,对某高中压合缸汽轮机在某一运行时段内的中压平衡活塞汽封间隙、中压平衡活塞汽封漏汽量、再热蒸汽流量及中压缸相对内效率进行实例计算。     

基于压力和流量守恒收敛准则的微织构端面机械密封数值计算

目前在研究微织构端面机械密封时,离散求解雷诺方程时采用的压力收敛准则,并不能完全保证得到准确的泄漏率。提出基于压力收敛和内外径流量守恒收敛双重收敛准则的微织构端面机械密封数值计算方法,针对圆柱形微孔端面机械密封,基于考虑JFO边界条件的二维雷诺方程,建立含一个计算域的数值计算模型,并采用不同的收敛准则对开启力和泄漏率进行数值计算。结果表明:仅使用压力收敛准则不能显式判断计算是否已经满足质量守恒,不能准确计算泄漏率;仅使用内外径流量守恒收敛准则可能出现迭代初始阶段就满足收敛条件,导致错误结果;使用压力收敛准则和内外径流量守恒收敛准则相结合的双重收敛准则,可保证泄漏率计算的正确性。     

不同T形动压槽液膜密封性能对比分析

针对T形槽机械密封摩擦副密封环端面间的液膜密封性能问题,建立了收敛形、直角形和发散形3种形式的动压槽液膜几何模型;并对3种不同形式动压槽的液膜流场进行了数值计算,得到了对应端面流场的压力分布。讨论了不同工况对3种槽形结构密封性能的影响并进行对比分析。结果表明:3种槽形结构的端面液膜压力分布规律相同,端面液膜压力均在左侧槽底部达到最大值,且动压槽两侧具有明显的压差,能够产生明显的动压特性;3种槽形结构的开启力和泄漏量均随着转速和压力的增大而增大,其中压力对密封性能的影响相对于转速对密封性能的影响较大;发散形槽比直角形和收敛形槽具有更强的动压特性,且拥有较高的开启力和较低的泄漏量,从而具有较好的密封性能。     

牵引绳用调控式高压往复密封性能研究

采用ABAQUS软件对牵引绳用调控式往复密封装置在高压环境下的密封性能进行有限元分析,获得密封组件与牵引绳的应力分布及变形情况,分析调控压力与介质压力对密封泄漏率及摩擦力的影响规律。设计搭建主密封试验装置并进行试验验证。结果表明:采用合理的调控压力与密封结构设计可以实现较好的接触应力分布,显著地减少密封泄漏;随着调控压力的增加,密封泄漏率先迅速下降,而后缓慢下降并逐渐趋于稳定,当调控压力大于介质压力的1.3倍时,泄漏率接近于0;增加调控压力导致摩擦力呈现先缓后急的增长趋势;介质压力对密封环具有开启作用,能够降低流体膜压力而减小摩擦力;工程应用中,维持调控压力比介质压力高出0.2~0.5 MPa时密封效果最好。     

镶装式硬质合金密封环的压力变形研究

应用有限元分析研究了镶装式硬质合金密封环的密封压力变形情况。研究结果表明,镶装结构使密封环产生了较大的力变形,密封压力使密封端面产生了较小的负锥度变形。镶装式结构能显著减小密封端面的密封压力变形,提高机械密封的可靠性。