柔性石墨/编织盘根组合填料密封性能试验研究

在新型填料密封和摩擦学性能试验机上,进行柔性石墨/编织盘根组合填料的往复运动试验,考察填料的密封性能和摩擦学性能,考察轴向应力、石墨环截面形状和密度对组合填料密封性能和摩擦学性能的影响。结果表明:随着轴向应力的增加,组合填料的泄漏率有所下降,但摩擦力会显著上升,填料的磨损加剧、密封寿命大大缩短;优化柔性石墨环的截面形状能改善组合填料的综合性能,V型石墨环填料的密封性能和摩擦学性能均明显优于平口石墨环;柔性石墨环的密度对组合填料的密封性能和摩擦学性能也有重要影响,具有密度梯度的石墨环组合填料性能优于等密度石墨环填料。对于等密度的石墨环组合填料,推荐使用密度为1.5 g/cm3左右。     

石墨填料摩擦磨损与密封性能试验研究

摩擦磨损与密封性能是评价阀杆填料密封系统的重要指标。基于控制阀整机改造的新型摩擦与气密性填料综合试验系统，通过动态监测阀杆力学变化与填料函泄漏率，考察石墨填料的截面形状与组合方式对填料摩擦特性、磨损特性与密封性能的影响规律。试验研究表明：不同截面形状石墨填料的动态摩擦力水平均低于相同条件下的不同组合方式石墨填料，且阀门向下关闭的摩擦力较打开时更大；随着循环次数增加，试样的启动摩擦力呈下降趋势，而滑动摩擦力出现小幅上升，填料的磨损出现恶化，泄漏率攀升；研究的锥形、V形、菱形3种截面形状中，V形截面的启动摩擦力最小，对执行机构配置要求最低，菱形截面的滑动摩擦力最小，对控制阀位置精度影响最低；两端式和交替式2种石墨填料组合方式中，交替式石墨填料组合通过调整径向应力分布使填料摩擦力下降35%,密封特性得到改善，综合性能得到显著提高。     

柔性石墨汽缸垫复合板的压缩回弹特性的研究

根据汽缸垫技术条件和性能的要求，研究了在确定的双面冲刺板时柔性石墨汽缸垫复合材在不同压缩方式力的压缩回复特性和复合板材厚度及柔性石墨面材密度对压缩，回弹率的影响，试验结果表明，随压缩应力的增加，复合板厚度的减小以及复合板中柔性石墨面板密度的增加，均使复合板的压缩率线性减少和回弹率线性增加，本文指出为了满足汽缸垫稳定的压缩，回弹性能要求，应注意复合板的厚度公差和柔性石墨面材最佳的密度范围的控制。     

基于湍流模型的碳环密封泄漏特性数值计算

为探究工况参数对湍流效应下不同轴径碳环密封泄漏特性的影响规律,在层流动力润滑研究的基础上,建立湍流动力润滑理论模型,选用Ng-Pan湍流系数表达式,采用有限差分法对介质流体压力控制方程进行迭代求解,分析碳环密封的泄漏特性。研究表明：在湍流状态下碳环密封的动压效应更加凸显,但在湍流状态下其密封性能劣于层流状态;随着转速增加,2种流态的流场最高压力值均呈非线性发散式增大,而泄漏率整体增加但增幅缓慢;随进口压力增加,2种流态下流场最高压力呈线性收敛式增大,而泄漏率均近似呈相对平行的线性趋势增加;随偏心率增大,流场最大压力均呈现指数式增加,而泄漏率均呈非线性方式增加;在大轴径条件下,考虑湍流效应才更加贴近实际流动状态。     

核电站石墨密封垫片的试验研究

基于金属与金属接触的密封原理,对核电站用石墨密封垫片的基本参数和主要性能进行了试验研究。研究结果表明,石墨环的密度、容积、压缩厚度等是影响垫片压缩回弹率、应力松弛率和泄漏率的重要因素,并获得了它们之间的相互关系和内在规律。     

气体润滑环瓣式浮动环密封高速特性

基于气体润滑理论,考虑浮动环瓣力平衡与力矩平衡,对气体润滑环瓣式浮动环密封高速特性开展数值分析研究。计算得到密封面压力分布规律,并分析转速、密封压力等操作参数对平衡膜厚、平衡转角、泄漏量、气膜刚度、刚漏比等密封参数的影响规律。结果表明:密封面楔形收敛间隙可以产生显著动压效应,最小膜厚与环瓣偏角随主轴转速增加而增大,但是随密封压力增加而减小;泄漏率随转速与密封压力增加而增大,气膜静态刚度、角向刚度、刚漏比随转速增加而降低,随密封压力增加而增大。     

基于流固热耦合的浮环密封力学特性数值研究

考虑温度的影响,建立浮环密封力学特性流固热耦合数值求解模型,在验证计算方法准确性的基础上,研究浮环密封的流场特性,以及石墨烯、石墨、铝合金以及碳化硅4种材料的浮环密封在不同进口压力、温度时的力学特性。结果表明：浮环密封在偏心时,由于楔形间隙的存在,气流经过这种结构产生流体动压效应,在较薄的流体域一侧形成局部高压区,较厚的一侧压力无明显变化,而温度沿轴向方向逐级升高,且偏心率越大,偏心位置的温度越大;浮环密封流体域温度随着进口压力的升高而降低,因温度影响材料的属性,使得不同材料的浮环密封结构对温度会很敏感;不同材料浮环密封的变形量随进口压力的增加而减小,应变也随着进口压力的增加而减小;4种材料浮环密封的变形量与应力均随着进口温度的增加而增大。     

多因素条件下非石棉橡胶垫片密封性能

综合考虑密封介质压力、垫片尺寸效应和预紧力等多因素的影响,对不同工况下的非石棉橡胶垫片进行泄漏率试验,获得不同尺寸垫片的泄漏率与介质压力和预紧应力的关系。结果表明:泄漏率随垫片尺寸的增加而降低,随预紧应力的增大而减小,随介质压力的增加而增加。针对多因素影响下多孔介质泄漏模型对试验数据拟合精度不高的问题,对多孔介质泄漏模型进行修正,改进后的泄漏模型预测结果与试验结果更为接近,可以有效预测非石棉橡胶垫片的泄漏率。     

直升机减速器径向石墨密封的泄露特性分析

针对直升机减速器润滑油泄漏问题,选取某直升机减速器径向石墨密封环为研究对象,应用FLUENT软件对其内部流场和泄漏特性进行数值模拟,研究径向间隙、密封块豁口间隙、压比、被密封轴椭圆度及密封环分块数对径向石墨密封泄漏特性的影响。结果表明,在其他条件相同时,密封装置的泄漏量随径向间隙、椭圆度的增大而增大,且增大速度有加快的趋势;密封装置的泄漏量随豁口间隙的增大而增大,且增大速度有减慢的趋势;密封装置的泄漏量随压比的增大近似呈线性增大;密封装置的泄漏量与密封环分块数没有明显关系。     

切削用量对高效铣削高强钢切削力的影响研究

在切削速度v=100～300m/min、每齿进给量f_z=0.01～0.1mm/z、轴向切削深度a_p=1～3mm条件下,对30CrNi2MoVA高强钢进行了高效铣削试验,研究了切削用量对切削力的影响。试验结果表明,切削速度对切削力的变化影响不大,随切削速度的增加径向力略有增加,切向力略有减小;轴向切削深度和进给量对切削力的变化影响较大,径向力和切向力均随轴向切削深度和进给量的增大而近似呈线性增大,且增幅较大;轴向力随切削用量的变化较小,且在不同切削用量下轴向力相差不大。在试验切削用量范围内,总体表现为径向力>切向力>轴向力。     

高参数上游泵送机械密封性能计算与分析研究*

以螺旋槽上游泵送机械密封为研究对象,用有限差分法离散Reynolds方程,基于轴向力平衡条件作为迭代收敛准则,采用逐次超松弛迭代(SOR)法在Mathematica软件中编程求解液膜压力分布,以及相关密封特性参数,并分析不同工况参数与结构参数对密封特性的影响。研究结果表明:泵送率随进口压力的增加呈非线性减小,随转速、槽深、槽长坝长比的增加呈非线性增大;液膜摩擦因数随着转速的增加近似以线性方式增大,随进口压力、槽深、槽长坝长比的增加呈非线性减小;随着螺旋角的增大泵送率先增大后减小,而液膜摩擦因数表现出与泵送率相反的趋势,说明螺旋角存在最优值;相比于结构参数对密封特性的影响,工况参数的影响较大。     

不同口环密封结构对离心泵叶轮受力特性的影响

为了揭示口环密封结构对离心泵叶轮受力特性的影响机理,选取环形密封、圆周槽道密封和螺旋密封三种口环密封结构和离心泵进行匹配。基于RNG k-ε湍流模型和结构化网格技术,考虑三种口环密封结构,研究离心泵内部流场及其叶轮轴向力和径向力的分布规律。结果表明：随流量逐渐增大,三种口环密封结构的离心泵轴向力和径向力的大小均显逐渐减小趋势。环形密封结构对离心泵轴向力和径向力的影响最为显著,相比螺旋密封结构,其最大轴向力值减小16%,最大径向力值显著减小62%;相比环形密封,螺旋密封显著降低口环泄漏量,额定工况下口环泄漏量下降15%,使叶轮前腔和叶轮出口端液体压力值显著增大,从而影响离心泵叶轮轴向力和径向力的分布规律。为离心泵叶轮口环密封结构的设计和选型提供理论依据。     

V形结构金属石墨缠绕垫片的性能优化研究

通过合理的结构设计,对内外环V形金属石墨缠绕垫片的压缩回弹和密封性能进行优化试验研究,找出性能最佳的结构与工艺参数。并通过改变参数进行试验,找出参数对其性能影响的规律性。结果表明:钢带的角度、径向压紧力、切向拉紧力对缠绕垫片的性能有直接的影响,且前两者对垫片性能有显著的影响;在其它条件一定时,随着径向压紧力的增大,回弹率增大,泄漏率降低,压缩率降低;角度为95.9°和80.9°的垫片分别在60~70 MPa、50~60MPa之间基本上都发生屈服,且有明显的屈服平台;钢带角度111.6°、钢带切向力14.7 N、垫片径向力0.3 MPa组合和钢带角度95.9°、钢带切向力14.7 N、垫片径向力0.25 MPa组合的垫片性能已远远高出国标的要求,且无论是从外观质量还是内在性能均达到国际先进水平。     

双向菱形孔织构端面密封性能研究

基于双向双列菱形孔织构端面流体密封的理论控制模型,采用有限元分析的方法研究菱形孔结构、排布方式和工况参数对密封性能的影响规律,研究菱形孔双向泵送作用对机械密封动压润滑性能影响规律及内在运行机制。结果表明：随外压增大,内外径处的压差逐渐增强,开启力和泄漏率逐渐增大,液膜刚度是先减再增而后减小;随转速增加,开启力、液膜刚度和泄漏率均呈快速增大的变化趋势;随着基础膜厚增大,开启力、液膜刚度先快后缓慢减小,而泄漏率则迅速增加;端面加工出的双向双列菱形孔织构可将间隙内流体进行回吸,从而减少泄漏率,提高了端面间隙的润滑性能,通过排布形式各异的菱形孔及结构参数的优化设计可实现密封特性的提升。     

管法兰用柔性石墨金属齿形垫泄漏率及其预测模型

垫片在管道连接中具有良好的密封作用,在冶金、石化和航天航空等行业得到广泛的应用。以柔性石墨金属齿形复合垫片为研究对象,对不同尺寸的金属齿形复合垫片进行泄漏率测试,得到了垫片泄漏率与预紧应力、介质压力和垫片尺寸的关系,并对原有的泄漏率预测模型进行改进。结果表明,在一定预紧力下,同尺寸垫片的泄漏率随着介质压力的增大而增大,垫片外径越大,泄漏率越高;采用回归分析法,改进后的多孔泄漏模型预测结果与试验数据曲线吻合度更高。     

异形结构弹性金属密封环力学特性数值研究

为对比不同结构弹性金属密封环的力学特性,建立弹性金属密封环力学特性数值模型,在验证数值模型准确性的基础上,对比分析O形、C形、U形和W形4种结构密封环的变形特性、轴向刚度和回弹性能,并分析进出口压差、温度和结构形式对轴向刚度的影响。研究结果表明:在压缩复位工况下,U形和W形环具有良好的回弹性能,C形环的回弹性能适中,而O形环的回弹性能较差;在高温高压工况下,弹性金属密封环轴向刚度随着温度的增加而减小,进出口压差对弹性金属密封环轴向刚度的影响不大,4种结构密封环的轴向刚度由大至小依次为O形、C形、W形和U形;在相同压缩量条件下,高温高压工况相比于压缩复位工况,弹性金属密封环的最大应力值更小,但应力值超过屈服强度的区域更大,结构更容易失效。通过对比4种结构密封环发现,O形环适用于高载荷低回弹的工况,U形和W形环适用于低载荷高回弹的工况,而C形环的性能适中。     

公路路基水敏性软岩改良土力学特性研究

以水敏性软岩高填方路基工程为背景,对公路路基的水敏性软岩开展承载比和回弹模量试验。研究了不同条件下掺灰率、含水率等参数的影响规律,主要得到以下结论：当含水率较低时,击实功的增加能显著提升改良填料的压实度;随着含水量的增加,这种影响逐渐削弱。提升改良填料石灰掺入比例,可以提高改良填料所对应的最佳含水率。当填料含水率相同时,提升改良填料的压实度能提升其回弹模量。且含水率对改良填料的影响随着其压实度的提升而越小。本工程水敏性软岩最合理的掺灰率为6%,能最有效的改善该路基填料的CBR值和回弹模量。     

轴承预紧力和跨距对主轴动态特性的影响

基于ABAQUS采用有限元分析法分析了主轴动态特性,主要研究了轴承预紧力和支撑跨距对主轴动态特性的影响,在同时考虑轴向预紧和主轴自重对轴承刚度的影响的情况下,计算得到不同预紧力和过盈配合下组配轴承的径向刚度,拟合了固有频率随轴承预紧力和支撑跨距变化的经验公式。结果表明:轴承预紧力相比过盈量对组配轴承刚度的影响更为明显。主轴系统的固有频率随轴承预紧力的增加而增大,相同的刚度下,轴承支承跨距的增加系统固有频率随之增大。     

反旋流对密封静力与动力特性影响的理论与试验研究

设计加工无/有反旋流共4种密封结构,从理论与实验两个方面研究反旋流对密封静力与动力特性的影响规律。建立反旋流密封静力特性CFD模型,理论分析反旋流对密封间隙流体切向速度、周向压力分布以及泄漏特性的影响;设计搭建反旋流密封动力特性试验台,试验测试无/有反旋流密封的泄漏特性,应用不平衡同频激励法试验研究反旋流对密封动力特性的影响。研究结果表明:反旋流可减小密封间隙流体的切向速度,进而降低密封间隙流体的周向压力差,且密封间隙流体周向压差随切向速度的减小而降低,这是反旋流抑制密封气流激振力的主要原因;密封的泄漏量随进出口压比的增加而增大,两者近似呈线性关系;与无反旋流密封相比,反旋流密封增加了密封的泄漏量,且随着进出口压比的增加,两者泄漏量差异增大;密封的动力特性系数的随密封进出口压比与转速的增加而增大。在相同工况下,主刚度大于交叉刚度约一个数量级,主阻尼与交叉阻尼数量级相同,且主阻尼大于交叉阻尼;反旋流可有效降低密封的等效刚度,增加密封的等效阻尼,提高密封的稳定性。     

微细铣削力对毛刺尺寸的影响规律研究

毛刺是影响微细铣削质量和效率的关键因素之一,本文运用有限元仿真与微细铣削试验相结合的方法研究了微细铣削中轴向力与径向力对毛刺宽度的影响,并以毛刺宽度为试验指标获得轴向力与径向力对毛刺宽度的影响规律。结果表明:当微细铣削参数大于临界未变形切屑厚度时,毛刺宽度随轴向切深、每齿进给量的增大而增大;当微细铣削参数小于临界未变形切屑厚度时,毛刺宽度随轴向切深、每齿进给量的增大先增大后减小,轴向力、径向力随轴向切深、每齿进给量的增大先增大后减小。总的来讲,毛刺宽度总体趋势随着轴向力、径向力的增大而增大,在后续的微细铣削参数优化中可以将切削力作为优化指标,间接地降低毛刺尺寸。