航空发动机气膜浮环密封上浮性能研究

为研究气膜浮环的上浮性能,针对航空发动机主轴承箱的气膜浮环密封系统,建立浮环的有限元模型并提出一种上浮转速的计算方法。采用Ansys建立密封组件的有限元模型,提取浮环与跑道的径向变形,得到浮环密封的动态间隙。采用Fluent建立浮环密封偏心气膜模型,提出浮环上浮转速与泄漏率的计算流程。在先增压至工作压力再增速和先增速到工作转速再增压2种操作条件下分析各结构参数、操作参数对浮环上浮转速的影响,并搭建试验台进行试验验证。结果表明:低压差下气膜浮环的泄漏率与偏心率呈近似二次关系,上浮力随偏心率增大而增大但会有一个畸变过程;在保证密封性能的前提下工程设计时应选取较小的波簧弹力,较大的节流长度。不同的操作方式下各密封参数对气膜浮环上浮性能的影响呈现很大的差异性,综合来说先增速后增压时上浮性能较好,有条件时开车前应先进行上浮性能的分析再选择操作条件施加的顺序。     

涡轮泵用球面装配机械密封热变形及磨损特性实验研究

以少量常压煤油介质条件下涡轮泵用球面装配机械密封为对象，通过实验测试分析端面磨损形成机理。设计实验工装，实现金属环截面9点温度矩阵和石墨环座3位置轴向位移的测试，得到两种弹簧力条件下温升和位移演变数据，并对磨损端面进行光学显微观测和径向轮廓测量。结果表明：磨损深度以内径处最大，至靠近外径处一定宽度内无磨损；随转速的升高密封环轴向及径向温度梯度不断增大；两工况下密封环倾转热变形造成的端面间隙锥度约为2.5 mrad和7.5 mrad。对于该型式密封，有必要通过端面开设流体动压槽以形成主动泵入润滑等方法来改善流体静压润滑效应缺失造成的严重磨损。     

气膜浮环密封特性参数的影响因素分析

气膜浮环密封结构尺寸小,工作性能稳定,在高温高速等气体密封领域广泛应用。使用FLUENT软件,建立数值分析模型,计算了不同条件下气膜浮环密封的上浮力、泄漏量和实际偏心率等特性参数,通过实测结果验证了数值模型的正确性。研究结果表明:较大偏心率和节流长度能增加浮环的上浮力,过大和过小的操作压力和径向间隙不利于浮环上浮。研究结果为浮环密封结构的优化设计和操作参数的设定提供了一定的参考。     

高速动压式胀圈密封温升变形及试验研究

针对高速旋转机械的高转速、低磨损和长寿命的要求，研制出非接触且磨损小的动压式胀圈密封，但是当密封设计不当时，密封环变形会严重影响其密封性能和稳定性，因此，本文针对动压式胀圈密封结构参数对温升、变形的影响展开分析。利用有限元分析软件建立流固热耦合分析模型，通过数值模拟和试验相结合的方法分析胀圈动静环主要结构参数对密封环温升、变形的影响规律，基于响应面法对密封进行多参数结构优化。研制出动压式胀圈密封的试验样机及试验系统，并进行实际运转试验。结果发现，动压式胀圈密封可大幅降低密封温升和摩擦磨损，从而提高其密封性能和稳定性；减小螺旋角、选择合适的槽坝比可降低密封环的温度峰值和变形峰值；减小轴向厚度可降低密封环端面温度和变形，减弱端面温度分布和变形分布不均的程度；增大压差可降低切口间隙端面的最大变形和变形不均的程度，增加转速可降低主密封面变形峰值。研究结果为解决旋转设备轴承腔的高速密封难题提供了新思路和新方法，为动压式胀圈密封的结构设计提供参考，并促进其性能提升和工程应用。     

压力扰动下气膜浮环密封的瞬态稳定性研究

针对浮环密封容易因密封气压力的扰动导致性能不稳定,从而发生故障以致设备停产的问题,对受压力扰动下的浮环瞬态密封稳定性和上浮稳定性进行了研究。采用UDF编程以及Fluent软件,建立了浮环密封气膜瞬态研究模型;通过提取稳态运行时的结果,设定受扰瞬态模拟的初始值,采取调整时间步长的方法使迭代计算结果收敛,同时对比和分析了不同精度网格模拟结果验证其无关性;并进一步地研究了正弦压力扰动下浮环瞬态密封性能及瞬态上浮性能的变化规律,通过分析不同结构参数大小的浮环受扰结果,探究了浮环间隙及节流长度与瞬态稳定性的内在联系。研究结果表明:在正弦压力扰动下,浮环间隙越大瞬态密封稳定性能越差,间隙为0.013 mm时,密封受扰瞬态稳定性最好;浮环节流长度增加,压力扰动下的瞬态泄漏量波动会减小,而瞬态上浮力波动会增大,但当节流长度超过5 mm后,稳定性基本不再劣化。设计时可尽量减小间隙并适当增加节流长度以增强浮环瞬态稳定性。     

高压高转速螺旋槽干气密封浮环变形研究

柱面螺旋槽干气密封被应用于高参数工况时,由于浮环容易发生变形,影响密封系统的运行和性能。根据柱面干气密封的结构特点,建立考虑流固耦合下的旋转环和浮环的模型;绘制柱面气膜计算域,利用独有block映射技术的ICEM软件对气膜模型进行跨尺度网格划分;采用Fluent对气膜流场进行模拟计算,提取浮环表面所受气膜承载力的变化函数;结合ANSYS Workbench将变化的气膜压力耦合到浮环固体表面上进行力变形求解,讨论介质压力、转速对变形的影响规律。结果表明:浮环的变形主要表现为沿径向的挤压变形,浮环外边缘处产生最大压缩位移,且最大变形量超过了密封时的平均气膜厚度,说明流场的变化对浮环的变形有一定的影响;浮环的最大变形量及应力值与介质压力、转速呈线性关系增加,其中介质压力起主引导作用。     

主轴径向跳动对圆周密封动态特性的影响

针对某型在役石墨圆周密封,建立考虑径向跳动下的圆周密封密封环与主轴之间接触载荷计算公式,利用ANSYS完成圆周密封热-结构耦合下径向跳动量对密封环应力和变形影响分析。结果表明:密封环应力和变形随着径向跳动量的增大而增大,当跳动量超过0.8 mm后,变形近似为线性增大,应力的增大梯度变大。通过模态分析得到密封环前6阶的固有频率和振型,通过谐响应分析得到应力和位移的频率响应曲线。模态分析结果表明:弯曲振动、扭转振动及摆动影响周向和轴向弹簧使用寿命,加剧了防转销与销槽间的微动磨损,影响圆周密封的随动特性。谐响应分析结合模态分析结果表明,圆周密封环在第3阶、第4阶和第6阶固有频率处易出现共振失效。     

螺旋槽机械密封摩擦副界面热力耦合变形分析

基于热力单向耦合理论,对螺旋槽机械密封摩擦副界面的热流体进行Fluent数值模拟,得到密封环的温度场分布规律;将得到的温度场作为边界条件之一导入到密封环端面中进行耦合力变形分析,并研究密封环的转速以及介质压力对动静环最大变形影响。结果表明:动静环的最高温度都出现在液膜和环的接触处,且温度由密封端面开始向两端逐渐降低;密封环的变形量相对于液膜厚度较大,其中静环的变形梯度较动环大,其更容易失效;动静环端面最大变形量随转速和介质压力的升高而增大,在选择工况条件时可适当降低转速和介质压力来减少端面变形量。     

高压干气密封数值模拟及其在加氢精制循环氢压缩机中的应用

采用固体有限元（FEM）、计算流体力学（CFD）和试验经验相结合的机械密封性能分析高级专用软件Cstedy,模拟了某炼油厂加氢精制装置循环氢压缩机轴封改造用高压干气密封的性能,包括密封环的变形、密封面压力分布和温度分布。同时,介绍了该机组轴端密封从浮环密封到干气密封升级改造的整体技术方案、现场实际应用情况。     

全金属可溶桥塞异形接触结构密封特性

全金属可溶桥塞作为一种新型压裂工具，其密封结构是影响压裂效率的关键因素。为探究不同密封环结构对密封特性的影响，建立单槽形、椭圆形、双槽形、双曲形4种金属密封环结构的数值模型，利用有限元法，对密封环径向变形特征、密封性能进行分析，以及考虑双曲形结构表面粗糙度对密封接触面积、接触应力、接触面近场应力分布的影响。研究结果表明：随着锥体轴向位移量增加，4种密封环径向变形始终与锥体轴向位移量呈正相关规律，密封环最大、最小径向变形分别位于厚度较大外圆侧、厚度较小外圆侧；复杂接触面可以强化密封环的密封性能，在同样锥体轴向位移量下，双曲形密封环结构密封性能为最好，椭圆形密封环结构性能最差；考虑切向摩擦力时，摩擦因数越大，接触面近场Mises应力沿摩擦力方向发生偏移越明显。所得结论可为井下全金属可溶桥塞密封环的结构优选提供参考。     

W形金属密封环回弹与密封性能研究

利用ANSYS分析W形金属密封环的压缩回弹性能和密封性能,得出W形金属密封环的压缩量与压紧力的关系;讨论加卸载过程中合金基体与银层的等效塑性应变分布情况并分析密封机制。通过正交试验,分析壁厚、波高、波峰半径、波谷半径等结构参数对密封环回弹性能和密封性能的影响规律。结果表明:W形环具有高回弹量和良好的自紧密封功能;加载压缩量达到10%时,合金基体的波谷区域开始出现塑性应变;镀银层在加载时的塑性流动,是能够实现密封的必要条件;壁厚和波高是对W形环综合性能影响最主要的参数;波谷半径过大将导致W形环密封性能难以保证,在改进设计中应避免。     

侧入式单端面机械密封摩擦副温度场的研究

对侧入式单端面机械密封的温度场进行了研究。通过建立二维轴对称传热的有限元模型,用有限单元法求解了机械密封环的稳态温度场,在自主设计的试验台上进一步对静环温度进行测量,得到了不同工况下的静环温度实测值。结果表明:增大弹簧比压、介质压力和转速,密封端面温度显著升高。将计算结果与实测结果进行比较,其影响趋势基本一致,误差在可接受的范围内,说明文中所介绍的计算密封环温度的方法可行,为进一步研究此类典型结构密封环的热特性提供了参考。     

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降低;环境温度对密封环热力变形有显著影响,高温环境下机械密封更容易失效;密封端面受到热力耦合的影响,从平行面变为收敛面,造成密封面迅速磨损,泄漏量增大;根据端面变形形状,可考虑将该机械密封改造为非接触式机械密封,从而提高使用寿命。     

军用车辆新型密封环

1 军用车辆传动系密封现状 军用车辆传动系统一直使用密封环进行动密封,通常使用2—3道密封环,这种密封装置的密封原理主要是依靠环的弹性变形保持其外缘与毂孔紧密接触而挡油密封。其设计寿命,密封环是一个中修期,与环相配合的密封偶件(轴和轮毂)一般是一个大修期。但从修理实际来看一般都达不到设计要求,通常在大约三分之二中修期时密封失效,其失效形式是环本身磨损及轴槽侧面和毂孔严重磨损,磨痕常呈沟槽状,深者可达0.2mm。我们知道密封环的密封作用主要依靠环的外缘与轮毂紧密接触而实现,那么密封装置的寿命一方面决定于摩擦副配对材料,另一方面决定于摩擦表面的润滑状态。密封环是由耐磨铸铁制造的,具有较高的硬度和耐磨性,而密封偶件(轴和毂)的材料大多是调     

热力变形下渣浆泵机械密封干摩擦磨损分析

机械密封在起停阶段或操作失误时常处于干摩擦状态,由此导致的热损伤与磨损将影响其密封性能。以某YWN8合金接触式机械密封为研究对象,建立基于硬度及磨损系数的磨损数值模型,试验测定摩擦副密封环的硬度、磨损系数、干摩擦因数,验证磨损数值模型的准确性;对机械密封磨损进行仿真模拟,研究摩擦副密封环在干摩擦运转时单力场及热力变形下的磨损深度,并用磨损理论值进行验证。结果表明：干摩擦运转时密封环端面温升较低,温度不是其失效的主要原因;热力变形后密封环内外径间隙增大,造成端面粗糙峰接触面积减小,黏着磨损较变形前呈下降趋势,导致多物理场下的磨损深度与理论值不符。     

不同激光表面造型机械密封环的性能试验研究

将2种典型表面造型机械密封环,即微凹腔造型和腔与槽结合造型的密封环,与未造型密封环进行了密封和摩擦性能的对比试验。试验结果表明2种造型的机械密封与未造型的相比具有明显优越性能:凹腔机械密封在一定工况范围内无泄漏,且具有相对于未造型良好的摩擦性能;槽腔结合机械密封在整个过程中均无泄漏,其摩擦系数远小于未造型的。凹腔机械密封也存在一些缺点:在介质压力较小工况下试验时泄漏较大;在介质压力大而转速小时摩擦扭矩较大。分析表明:凹腔环的凹腔造型在端面载荷较大,存在轴向振动的情况下会增大摩擦系数;槽腔结合环的泵送槽能够容纳液体,具有润滑和缓冲振动的作用。     

一种堆焊Ni60的离心泵叶轮口环与泵体密封环

一组用于离心泵中叶轮口环与泵体密封环之间间隙密封的结构,泵体密封环内孔和叶轮口环外径堆焊Ni60材料,并结合迷宫密封结构,使其具有润滑好、耐磨、耐蚀和抗氧化等优良性能,使叶轮口环、泵体密封环寿命提高了几倍乃至几十倍,有效地解决了泵在运行中泵体密封环和叶轮口环磨损快,更换频繁的问题。     

激光加工多孔密封端面的摩擦性能试验研究

对激光加工多孔密封端面的摩擦性能进行试验研究。试验在专用试验台上进行,不同转速条件下测量不同微孔深度和微孔密度的激光加工多孔密封端面的摩擦扭矩和端面温升,并与普通密封端面进行比较。结果显示,转速、微孔深度和微孔密度对摩擦扭矩和端面温升有很大影响;对于一定的微孔直径,优化微孔深度和微孔密度值,可使摩擦扭矩和端面温升最小。试验结果说明机械密封的微孔端面结构可显著改善密封环的摩擦性能。     

口环密封对高压多级离心泵临界转速的影响

高压多级泵单级扬程较高,叶轮密封环前后压差大,口环密封的等效刚度对转子湿临界转速的影响较大。在计算转子的湿临界转速时需要求解口环密封的主刚度系数。使用Pro E件计算得出密封处的流场力,进而求解密封环的主刚度系数,并用轴承刚度定义进行验证。利用ANSYS-Workbench对高压多级泵进行模态分析,对比考虑口环密封前后,转子临界转速的变化情况。结果表明:口环密封使前两阶弯振临界转速大幅增加,随着转速的增加,口环密封对临界转速的影响越来越小;口环密封降低了扭转振动的临界转速,且对第一阶扭转振动的临界转速影响较大;口环密封可以降低陀螺效应对转子临界转速的影响。     

重水堆推杆滚珠丝杆密封副失效分析

该文根据滚珠丝杆密封的机械结构,分析其工作原理,对Pickering电站和秦山三期历史上的滚珠丝杆密封失效事件进行统计,对滚珠丝杆密封密封环变工况下的运行、动环和静环的表面缺陷造成密封失效等因素进行分析、计算,得出密封环失效是个渐变的过程,可以在检修时通过测量密封环接触面宽度、检查密封面表面的平面度来判断密封环性能的好...