基于流固耦合的接触式机械密封端面泄漏率的研究

由于没有考虑密封环端面变形的影响,采用经验公式计算接触式机械密封端面的泄漏率存在较大的误差。本文考虑了密封端面泄漏率受密封环端面变形的影响,采用ANSYS和MATLAB软件对密封端面泄漏率进行流固耦合数值求解。研究了密封介质压力pi、密封端面压差Δp、弹簧比压psp和密封端面综合粗糙度σ对接触式机械密封泄漏率Q的影响。通过试验,验证了不同密封介质压力下,密封端面泄漏率数值解的正确性。结果表明,考虑密封环端面变形的数值解比经验公式解更接近测量值。密封端面泄漏率随密封端面综合粗糙度和密封端面压差的增大而加速增大,随介质压力的增大而增大,随弹簧比压的增大而减速增大。本文通过对密封端面泄漏率数值求解,分析泄漏率的影响因素,以期为完善接触式机械密封失效机理起到一定的指导意义。     

核主泵用流体静压型机械密封流固热耦合变形分析

核主泵泄漏量的大小受密封间隙影响,密封间隙形状与密封压力分布、热变形紧密相关。基于流体力学和传热学的基本原理,建立核主泵机械密封流固热耦合变形分析模型;通过分析接触状态,确定动、静环的边界约束条件。利用ANSYS软件对机械密封副的端面流场、流固热耦合热变形进行模拟分析。仿真结果表明：密封环内径与转折半径间的压力近似呈线性分布,而转折处与液膜外径之间的压力呈抛物线分布;动、静环应力分呈环形分布,最大应力处于静环上端面外径处;最高温度都出现在密封环靠近内径处,且动环温度高于静环。     

核主泵流体静压式二级密封的压力变形数值研究

采用ANSYS软件和FLUENT软件数值分析了在核主泵一级密封失效时,流体静压式二级密封在密封压力下由接触式转变为非接触式机械密封的机理、密封端面的压力变形规律、密封液膜的流体动力学特性、以及密封端面变形对密封性能的影响规律。     

辅助密封影响下机械密封端面变形行为的研究

采用整体接触有限单元法,考虑"O"型辅助密封圈的影响,计算了不同压力下机械密封端面变形行为.结果表明:密封端面变形造成发散型密封间隙,高压下变形较大,密封性较差;辅助密封圈对与之接触的动环变形影响较大,在低压时其端面变形与压力呈非线性关系,而在高压时呈线性关系;为减小端面变形,应对密封环结构进行合理设计,限制辅助密封圈处的密封间隙大小.     

基于Pro/E平台下的机械密封热变形分析

利用Pro/E的热力学分析对机械密封的动环进行有限元分析,通过对密封环摩擦热、搅拌热等因素的分析计算,分析密封环端面温度对密封环结构变形的影响。结果表明:内流式机械密封端面温度径向呈近似抛物线分布;密封环内的温度梯度使密封环产生热变形,导致形成圆锥型的端面;热变形会使密封环产生内应力。     

磁流体润滑非接触式机械密封系统的设计分析

根据磁流体黏度随磁场强度变化的特点,以磁流体为润滑介质,提出一种非接触式磁流体密封结构。设计适用于非接触式机械密封的电磁场发生器,并采用ANSYS软件对密封环及润滑膜整体结构的磁场强度进行分析,得到磁感线分布和磁场强度分布,建立电流与磁流体膜内磁场强度的关系。结果表明:设计的磁场发生器在密封环端面处产生的磁场强度达到最高水平,且磁感线垂直于密封端面均匀分布,有利于通过控制电流来控制磁流体膜的黏度。     

基于热力耦合的镶嵌式机械密封端面变形分析

以镶嵌式机械密封为研究对象,通过受力分析和热传导方程,将热、力两个物理场进行耦合求解,建立机械密封动环组件热力耦合仿真模型。基于热力耦合模型计算不同应力情况下端面变形量和不同过盈量下的结合面接触应力、端面变形量,并分析动环厚度对端面温度场、应力分布以及端面变形量的影响。结果表明,热应力对端面变形的影响大于结构应力,故不能忽略热应力对机械密封组件的影响;动环过盈量增大使得端面变形量和结合面接触应力逐渐增大,动环厚度的增大使得最大温度呈下降趋势,最高温度出现在动环内径处,端面间隙由收敛型转变为发散型。因此,在对机械密封结构进行设计时,采用较小的过盈量和动环厚度,可以减少动环端面的变形量。     

核主泵用流体动压型机械密封耦合模型及相关性能分析

为了研究密封环组件的接触和密封端面的流固耦合作用,以某型核主泵用流体动压型机械密封为例,然后采用有限差分法和有限单元法,利用数值迭代技术,并且与密封组件三维多场耦合模型相结合,最后确定耦合场的计算.主要对高压下密封端面变形的特点和规律以及密封压力对密封性能的影响进行研究.研究成果表明：高压侧密封深槽受密封环端面挤压所产生的径向收敛锥度和周向波度的影响最大,密封端面锥度的形成与密封环宏观结构密切相关.可以采用将动压深槽加工在软质密封环端面上的方法减小在高压下形成的大波度.     

激光加工在非接触式动压型机械密封中的应用

综述了近年来非接触式机械密封中的发展概况,重点介绍了激光加工技术以及在机械密封端面改形及其表面处理的应用.机械密封通过端面改形技术,端面被加工成规则的螺旋槽形、微凹坑、人字形等形状,改善密封性能,实现密封的非接触,零泄露.激光技术的成熟与产品性能要求的提高是非接触式动压型机械密封发展的强大动力.尽管目前激光加工机械密封的研究应用还存在许多不足,但激光加工无疑是21世纪机械密封发展的一大趋势.     

化工机械密封的故障原因与解决措施

机械密封作为一种重要的轴封装置,广泛应用于各工业领域.欲使密封具有良好的性能,则必须做到受载后的动、静环密封端面间保持平行或近似平行的几何形状.然而,密封环在外部机械力的作用下,将产生变形.因此,机械密封动、静环端面力变形准确的分析和计算对于设计、制造出性能优良的机械密封产品是至关重要的.     

高温热油泵机械密封的热特性数值分析

针对高温热油泵机械密封的失效问题,研究其在不同工况和结构参数下的热特性。通过ANSYS建立由机械密封动环、静环和静环座组成的三维热-结构耦合模型,并使用MATLAB计算端面热流密度插值函数;采用UDF函数对插值函数进行加载,求出每一个单元的热流密度,进而分析高温热油泵机械密封在不同转速、材料和相关结构参数下的传热特性和端面温升。分析结果表明：高温热油泵机械密封运转过程中,接触端面处温度最高;端面热量主要是通过动环传导出去,改变O形圈的支撑位置可以优化端面温升;随着端面宽度的增加及载荷系数的增大,端面温升均增大;机械密封在稳态运转的情况下,端面不会发生相变。     

滑移式机械密封的动态辅助密封圈性能研究

建立了滑移式机械密封装置上动态辅助橡胶密封圈的有限元模型;考虑到大变形及材料的非线性,分析了密封圈的应力分布情况及其摩擦特性,与实际的结果进行了对比;讨论了辅助密封圈工作状态下的微动特性,研究了其运动规律并推导出其轴向阻尼系数。结果表明,采用Mooney-R ivlin非线性有限元本构关系可得到接近实际工况的接触压力和摩擦力;橡胶动态辅助密封圈的初始压缩率对其性能有较大影响,随着初始压缩率的增加,密封面上的接触压力不断增加,但是摩擦力却逐渐增大,使动态辅助密封圈的浮动性恶化,因此初始压缩率存在一最佳范围。     

机械密封环过盈联接的有限元分析

根据扭矩平衡原理推导了过盈量计算公式,建立了机械密封环过盈联接的有限元模型,利用ANSYS分析软件求解密封环内部各节点的应力分布情况,并与传统厚壁圆筒理论计算方法进行了比较.结果表明,有限元方法能准确计算出过盈联接零件的应力分布,结果更符合实际状况.     

非接触机械密封的非线性动特性系数及瞬态振动响应分析

建立了考虑倾斜情况的弹性补偿单元支撑的非接触机械密封瞬态振动响应分析模型,该模型包括了瞬态Reynolds方程、运动方程以及二阶非线性动特性系数求解方程等。采用Euler法求解获得了非接触机械密封在轴向振动位移和静环倾角随时间变化时的瞬态振动响应特性。计算得到瞬态油膜力作用下的密封轴向力和倾覆力矩相关的14个动特性系数。结果表明：密封间隙内流体阻尼对密封副和摆动的影响是线性的;密封副瞬态振动影响油膜厚度分布,从而引起油膜压力分布发生变化,结果导致密封环发生摆动;密封副摆动同样也会引起密封轴向振动。     

基于Fluent对机械密封静环、动环温度的研究

机械密封作为重要的基础件之一被广泛地应用于各种旋转设备中,它的质量和性能直接影响并决定着设备的工作性能.影响机械密封性能的因素有很多,在机械密封工作中动环、静环的温度分布就是其中重要的一个.本文利用Fluent软件,以N-S方程为基础,采用现实K-ε双方程的湍流模型对机械密封的动环、静环在密封运转稳定状态下密封环温度场...     

渣浆泵双端面机械密封密封环热力耦合分析

针对磷酸厂渣浆泵机械密封因端面变形而导致的使用寿命缩短问题,以渣浆泵背对背型双端面机械密封密封环为研究对象,采用整体法,根据实际工况建立密封环热力耦合三维计算模型,研究密封环温度场分布及端面变形情况,分析不同工况下密封环热力变形对机械密封正常工作的影响.结果表明:密封环最高温度出现在静环内侧,且温度沿径向朝静环外侧逐渐...     

斜直深槽机械密封环端面变形研究

深槽密封是通过力变形和热变形在密封面形成周向的波度和径向的锥度,从而产生热流体动力楔效应。通过热平衡分析和模型简化,应用有限元软件建立斜直深槽机械密封有限元分析模型,并对密封环温度场、力热变形进行求解,获得斜直深槽密封环的温度分布规律以及热变形规律。分析结果表明:斜直深槽密封端面结构产生的变形,能够形成周向波度和径向锥度,能够产生一定的流体动压效应,但规则波形的产生同流体槽的结构参数有关,需针对具体的工况参数进行相应的优化设计,方能达到所需要的流体动压效果。     

参数化机械密封中静环摩擦副相容性设计方法*

高温、高压、高速等极端工况对机械密封的设计提出了更高的要求,在对高参数机械密封结构、使用工况及受损件分析的基础之上提出静环摩擦副的相容性设计方法。该方法的核心是在设计过程中考虑机械密封静环摩擦副石墨和不锈钢的相容性问题,相容性的判断依据是石墨环所受热应力是否超过其机械强度许用值。建立静环摩擦副的有限元仿真模型,通过实例对静环摩擦副的相容性问题进行了说明。研究结果表明：通过相容性设计可以调整机械密封静环摩擦副石墨环所受的热应力,减少高参数工况下机械密封失效问题的发生。     

多唇往复滑环式组合密封数值模拟与分析

构建一种适用于多唇往复滑环式组合密封的数值模型,数值模型中包含固体力学分析、流体力学分析、接触力学分析、流固耦合分析。以含有3段密封唇的PS封为例,基于数值模型求解得到密封面油膜厚度分布、油膜压力分布、粗糙峰接触压力分布,以及内外行程的流量和密封界面的摩擦力。该数值计算方法解决了多唇密封中边界条件难确定的问题,通过迭代计算可得到稳态运行时各密封唇的边界条件。明确多唇PS封的密封机制,分析不同往复速度对密封性能的影响。结果表明：多唇PS封内外行程中各唇边界条件差异较大,外行程中,两唇之间的空隙处存在一定压力,内行程中空隙压力为0;外行程的密封面接触压力要小于内行程;增大往复速度会使多唇PS封净泄漏增加,摩擦力减小。