机械密封摩擦副端面分形维数的优化

机械密封摩擦副接触端面的分形维数对摩擦副摩擦磨损特性和密封性能有着重要的影响。依据机械密封摩擦副端面接触分形模型和泄漏分形模型,分别研究了有利于减轻端面磨损的最优分形维数和基于允许泄漏率的最优分形维数。用数值计算方法得出了NHM70型机械密封摩擦副端面弹性接触面积比Are/Ar与分形维数D的关系曲线及泄漏率q与分形维数D的关系曲线。在自行设计的试验装置上,进行了NHM70型机械密封试验研究。通过理论计算和试验验证表明,在综合考虑磨损率、泄漏率和加工成本后,NHM70型机械密封软质环端面的最优分形维数为1.61。     

接触式机械密封端面磨合过程平均膜厚预测

为研究和掌握接触式机械密封端面磨合过程平均膜厚的变化规律,采用分形参数表征磨合过程中密封端面形貌的变化,基于机械密封端面接触分形模型,通过求解端面上微空穴的体积,建立接触式机械密封端面平均膜厚预测模型。对两套B104a-70型机械密封进行磨合试验,试验密封流体为20℃清水,压力为0.5 MPa,转速为2900 r·min^-1,弹簧比压分别为0.15 MPa和0.3 MPa。研究结果表明,随着磨合过程的进行,软质环端面迅速趋于光滑,端面平均膜厚迅速减小;当进入正常磨损阶段后,两套机械密封试件的平均膜厚均稳定在0.295 μm左右。这也表明,密封端面的形貌对平均膜厚的影响较大,而弹簧比压对平均膜厚的影响较小。掌握磨合过程中端面形貌及平均膜厚的变化规律,对接触式机械密封实际运行时端面间工作特性的预测和密封端面设计具有重要意义。     

103型内装式机械密封端面比压计算及改进

本文通过对YLJ750/3型氯气泵中103型内装式单弹簧机械密封端面比压的计算,找到了泄漏和寿命不长的原因。适当调整弹簧的弹性力,使端面比压增加。氯气泄漏量从6ml/h下降到<0.2 ml/h;使用寿命从1～3个月提高到半年以上,达到了令人满意的效果。     

基于质量守恒的LaserFace液体润滑机械密封数值分析

针对传统Reynolds空化边界不能准确预测机械密封泄漏率的问题,采用JFO空化边界条件,建立了基于质量守恒的LaserFace液体润滑机械密封数学模型,采用流线迎风有限单元法求解润滑方程,对比分析了不同操作工况下4种不同端面型槽结构(普通端面、仅含引流槽端面、仅含回流槽端面、激光脸)的密封性能。结果表明:所建立数学模型可准确预测机械密封泄漏率,LaserFace端面在低速时易于打开,高速低压下回流槽具有明显回流泵送作用,LaserFace端面机械密封泄漏率显著低于仅含引流槽端面,摩擦系数小于普通端面,综合性能明显优于其他型槽结构。     

机械密封摩擦副端面接触分形模

依据分形理论,研究了机械密封摩擦副端面间的真实接触状况,建立了机械密封摩擦副端面接触分形模型。得到了机械密封摩擦副端面微接触点的面积分布、临界弹性变形微接触面积、临界塑性变形微接触面积、量纲1真实接触面积的数学表达式。采用数值计算方法得到了GY70型机械密封摩擦副端面间的量纲1真实接触面积与端面比载荷的关系曲线。结果表明,真实接触面积随着密封端面比载荷的增加而近似呈线性增加;在相同比载荷下,真实接触面积随着特征尺度系数的增大而减小,随着分形维数的增大而增大,但当D达到167以后,随着D的增大而减小。机械密封摩擦副端面接触分形模型的建立,为研究机械密封摩擦副端面间的摩擦磨损性能和密封性能提供了依据。     

基于分形理论的接触式机械密封泄漏模型

引言 机械密封基本性能主要包括密封特性(即泄漏率指标)和端面摩擦特性(即抵御摩擦磨损的能力).机械密封失效最重要和最直接的表现是在规定的工作条件下,机械密封在未达到规定的工作时间,就出现泄漏率超标现象.端面摩擦特性的好坏对机械密封的密封特性有着显著的影响.在摩擦副间建立流体摩擦工况、流体动压效应,可以改善端面摩擦特性,减小端面磨损.然而,改善端面摩擦特性所采取的措施,如减小端面比压,往往会给机械密封带来较大的泄漏损失,导致其泄漏率超标.为了减少物料流失、保护环境,以及防止因易燃易爆物料泄漏造成危害,充分考虑机械密封的密封特性,从理论上揭示运行过程中机械密封泄漏的影响因素,切实有效地控制机械密封泄漏率不仅是必要的而且是十分迫切的.     

瞬态启停机械密封轴对称动力学模型与密封行为分析

启停过程顺利与否直接关系到机械密封的可靠和长寿命运行。考虑密封端面流固力耦合作用、微观空化及端面接触的影响,通过建立机械密封瞬态启停动力学模型,计算瞬态启停过程中密封浮动环的轴向位移、密封端面液膜厚度变化、端面接触力及泄漏率等密封参量,研究了机械密封启停过程中的瞬态密封行为,分析了动环轴向跳动等对机械密封性能的影响。结果表明：受轴向跳动和启停过程速度变化的影响,密封参量呈现瞬态扰动现象,且轴向跳动越大,扰动越大。该模型和计算方法对完善机械密封设计方法、评价机械密封设计合理性具有一定的参考价值。     

接触式机械密封端面平均温度耦合计算方法

研究接触式机械密封端面平均温度与端面摩擦因数相耦合的计算方法问题。将机械密封环简化为等截面当量筒体,推导出了接触式机械密封端面平均温度的计算式,给出了密封环简化为当量筒体的具体方法;基于分形理论,建立了接触式机械密封端面摩擦因数计算模型。考虑端面平均温度与端面摩擦因数的相互耦合关系,提出了端面平均温度的具体计算方法。通过模拟计算,对B104a-70型机械密封端面平均温度的影响因素进行了分析。结果表明,端面平均温度随着弹簧比压或密封流体压力的增大,线性地增大;随着转速的增大,近似线性地增大,且端面越光滑,线性越好,增大的幅度也越大;随着端面分形维数的增大或特征尺度系数的减小,非线性地增大,当端面较粗糙时,端面平均温度的变化较小;当端面较光滑时,随着端面分形维数的增大或特征尺度系数的减小,端面平均温度迅速增大。     

接触式机械密封端面平均温度耦合计算方法

研究接触式机械密封端面平均温度与端面摩擦因数相耦合的计算方法问题。将机械密封环简化为等截面当量筒体,推导出了接触式机械密封端面平均温度的计算式,给出了密封环简化为当量筒体的具体方法;基于分形理论,建立了接触式机械密封端面摩擦因数计算模型。考虑端面平均温度与端面摩擦因数的相互耦合关系,提出了端面平均温度的具体计算方法。通过模拟计算,对B104a-70型机械密封端面平均温度的影响因素进行了分析。结果表明,端面平均温度随着弹簧比压或密封流体压力的增大,线性地增大;随着转速的增大,近似线性地增大,且端面越光滑,线性越好,增大的幅度也越大;随着端面分形维数的增大或特征尺度系数的减小,非线性地增大,当端面较粗糙时,端面平均温度的变化较小;当端面较光滑时,随着端面分形维数的增大或特征尺度系数的减小,端面平均温度迅速增大。     

钠冷快堆核主泵用双端面自泵送机械密封性能分析

核主泵的密封性能是钠冷快堆安全评价的重要指标。以某型试验钠冷快堆核主泵为研究对象,提出了一种适用于钠冷快堆核主泵的双端面自泵送机械密封;运用正交试验法设计试验方案,并基于Fluent进行数值仿真模拟,探讨了该机械密封结构参数和工况参数对端面开启力和泄漏率的影响,分析了泵腔氩气零泄漏要求下的密封阻塞流体的压力调节范围。结果表明：在试验参数的范围内,槽面宽比和螺旋角对开启力均有影响,且槽面宽比影响更为显著,开启力随着槽面宽比和螺旋角的增大有上升的趋势;槽面宽比对泄漏率影响显著,泄漏率随槽面宽比的增大迅速增大。得到了最大转速和停机工况下阻塞流体压力与泄漏量、开启力的关系式;当泵腔工作压力为0.05 MPa时,只要阻塞流体压力不超出0.0528~1.6378 MPa区间均能保证密封安全有效。     

金属垫片密封表面形貌的分形表征

引言 金属垫片密封结构常见于石油、化工、核能等装置中,广泛应用于高温、高压及强腐蚀介质等操作条件恶劣、密封要求高、一般的垫片无法满足要求的场合.     

接触式机械密封界面泄漏机理研究的关键科学问题

密封界面的泄漏机理是机械密封研究与应用的焦点问题之一,涉及泄漏通道表征、粗糙表面的接触力学模型、界面微观形貌变化以及介质流体在泄漏通道中的流动阻力等问题。回顾了近几十年国内外接触式机械密封泄漏通道模型的研究,深入分析了G-W模型、M-B模型和Persson模型3种粗糙表面接触力学模型的贡献和存在的问题,提出了一种基于逾渗理论的泄漏通道新模型;探讨了密封界面的分形参数、泄漏通道的流动阻力以及密封界面的有限尺寸效应对泄漏特性的影响,指出孔隙连通贯穿界面和流体流经贯穿通道的流动阻力小是密封界面产生泄漏的成因,以及泄漏通道的形成和泄漏通道内的流体流动特性是泄漏机理研究的主要方向。     

丁腈橡胶密封件减磨材料的研究

将粘合剂和润滑剂配合,制备出力学性能良好、润滑性能突出、耐水性能优异的丁腈橡胶密封件减磨材料。摩擦因数试验和油封台架试验表明:在丁腈橡胶动密封件工作面上包覆减磨层能有效降低摩擦力,起到减磨作用,有效降低密封面的温升,延缓密封件热老化速度,显著提高密封件使用寿命。     

接触式机械密封界面泄漏机理分析

旋转机械装备的密封性能对生产过程的能耗、效率和环保具有重要影响。基于逾渗理论,探讨了接触式机械密封界面空隙状态随动、静环表面分形参数和接触压力变化的规律。研究建立了密封界面单层网格微通道结构模型,指出了密封界面在接触压力作用下表现的逾渗、逾渗点和非逾渗3种状态。根据液体毛细管力和气体Knudsen数,提出了微通道内流体流动判据,分析了密封界面流体的流动阻力和泄漏流量,阐释了接触式机械密封界面泄漏机理。研究结果为接触机械密封优化设计和泄漏控制提供依据。     

颗粒介质用机械密封热力耦合变形及摩擦磨损研究

在含有颗粒介质的工作环境中下,硬质材料配对机械密封环的热力耦合变形和摩擦磨损对机械密封的泄漏和使用寿命起着至关重要的作用。考虑动静环和颗粒介质的摩擦,试验测定了摩擦系数,建立了动静环热力耦合的有限元计算模型,研究了WC-Co硬质合金和无压烧结碳化硅（SSiC）陶瓷两种硬质材料密封的温度场和端面变形规律,分析了不同工况下的密封间隙变化规律。试验测试分析了密封环温度、磨损前后的泄漏及表面粗糙度,讨论了端面的磨损机理,验证了计算模型的准确性。结果表明：考虑动环磨粒摩擦热的有限元模型能准确地预测密封的温度和端面变形;耦合作用下动静环端面呈现外径脱离、内径贴合的变形,且变形差异程度随压差和转速的增大而加剧;变形导致端面磨痕分布不均匀,内径磨痕较严重。WC-Co硬质合金配对密封环的端面变形小、泄漏量小,高硬度WC颗粒对Co基体能产生很好的“阴影效应”,具有良好的耐磨粒磨损性能。SSiC陶瓷材料韧性差,易产生片状磨屑,形成过渡型磨粒磨损,材料耐磨性较差,泄漏量增加明显。在磨粒工况下,WC-Co硬质合金机械密封具有泄漏小、耐磨性强的特点。研究结果为颗粒介质中机械密封的材料应用及设计优化提供了参考。     

苯酐泵波纹管机械密封国产化的研制

从机械密封的工作原理出发，就输送苯酐的离心泵分析、比较了进口与国产的波纹管机械密封的差异，找出机械密封国产化研制的方向。重点分析了国产波纹管的存在问题，研制开发了650FS-Mo45等四种规格的国产化焊接波纹管机械密封，在稳定的工况下无泄漏，使用寿命在六个月以上。