大菱形孔端面密封力变形及密封性能分析

针对等深大菱形孔端面液体润滑机械密封,采用有限差分法求解等温及层流不可压缩二维Reynolds方程,获得液膜压力场。利用商用有限元软件计算密封环三维固体变形,对不同操作工况条件下和不同结构的密封环的力变形、摩擦扭矩、液膜刚度及泄漏率等性能参数进行了计算。结果表明：大菱形孔流体动压型机械密封端面产生周向波度和径向锥度变形;改变工况条件可使密封面形成收敛和发散两种不同的变形,密封性能参数因此产生显著变化;当面积比B=0.65～0.75时,大菱形孔端面密封可获得较好的密封性能;辅助密封圈O形圈位置l对径向锥度变形具有很大影响,l优选值范围为2.4～4.0 mm。     

大菱形孔端面密封力变形及密封性能分析

针对等深大菱形孔端面液体润滑机械密封,采用有限差分法求解等温及层流不可压缩二维Reynolds方程,获得液膜压力场。利用商用有限元软件计算密封环三维固体变形,对不同操作工况条件下和不同结构的密封环的力变形、摩擦扭矩、液膜刚度及泄漏率等性能参数进行了计算。结果表明:大菱形孔流体动压型机械密封端面产生周向波度和径向锥度变形;改变工况条件可使密封面形成收敛和发散两种不同的变形,密封性能参数因此产生显著变化;当面积比B=0.65~0.75时,大菱形孔端面密封可获得较好的密封性能;辅助密封圈O形圈位置l对径向锥度变形具有很大影响,l优选值范围为2.4~4.0 mm。     

密封环支撑边界条件对机械密封端面变形的影响

机械密封的密封环是通过辅助O形圈支撑在轴上或者密封腔内,不同的结构设计会改变密封环支撑边界。针对三种机械密封结构模型,利用ANSYS有限元分析软件,模拟机械密封摩擦副端面的变形,讨论了橡胶O形密封圈不同受力边界条件下机械密封端面变形的规律。研究发现当动环、静环均采用SiC时,在静态（结构分析）时,该三种不同支撑结构的摩擦副端面均形成发散间隙,端面变形受支撑边界接触应力的影响较大;热结构耦合分析发现其动环、静环端面间隙呈收敛间隙运转时,热边界条件影响更大。当动环采用石墨,静环采用SiC时,发现其端面间隙可能为收敛型也可能为发散型,这与支撑边界有关。故密封环支撑边界条件的不同会影响动环端面变形,同时动、静环材料的弹性模量对端面的变形有较大影响,从而会影响密封性能。该研究对机械密封设计有指导意义。     

机械密封环端面热变形的分析与BP网络预测

分析了影响机械密封环端面变形的主要因素,说明了密封环对介质的传热系数及端面热通量的计算方法.对于高速重载机械密封,因密封环端面热通量大,其热变形显著高于力变形.当密封环模型一定时,按正交设计法给出若干端面热通量值作为输入样本,并将有限元法计算得出的端面内径和外径处的相对轴向变形Δz作为输出样本,训练3层BP人工神经网络,对该密封环端面的轴向热变形进行精确预测.正交设计法和人工神经网络方法相结合是密封环端面热通量与热变形之间高度非线性关系分析的有效方法.     

机械密封端面力变形的解析计算

机械密封在使用过程中，受到介质压力和弹簧力等外部机械力的作用，密封瑞端面将产生变形。提出了应用壳体力矩理论求解密封环端面力变形的解析解的方法，并了相应的计算程序。同时，用实例对解析解和有限元解做了相互验证。     

密封圈热-结构耦合场参数化有限元分析

应用超弹性理论和传热学原理,对带有挡圈的O形密封圈热-结构耦合场进行有限元分析,研究了工作参数对密封圈性能的影响。结果表明：密封圈的根部以及与缸壁接触部位变形较大,最大Mises应力发生在根部;工作压力增加时,剪应力和最大接触压力明显增加。摩擦及机械滞后生热导致密封圈具有较高的温度场;流体压力、相对滑动速度以及流体温度增加时,均使密封圈温升明显增加。为减少重复工作,提高分析效率,便于优化设计,开发了基于ANSYS/MATLAB的密封圈参数化自动分析系统,可以对不同类型、尺寸及工作条件下的密封圈进行分析。     

缩聚釜机械密封的改造

指出了原机械密封的缺陷 ,提出了新的设计要求。改造后的机械密封具有的特点是 :①采用了轴套式动环固定座设计结构 ;②采用了内外端面共用通簧结构 ;③密封环断面为矩形或方形 ;④机械密封比压适中 ,载荷系数K小于 1;⑤端面宽度合适 ,只有 12 .5mm ;⑥装配简单 ,劳动强度小。摩擦副动环材料为WC Co硬质合金 ,静环材料为填充聚四氟乙烯 ,寿命达160 0 0h以上。弹簧材料为 65Mn ,辅助密封圈用耐腐蚀性能良好的氟橡胶。计算了机械密封和辅助密封圈的受力情况 ,PcV值 ,密封准数G ,摩擦功耗 ,动环配合的过盈 ,动环及动环座材料的强度等等。用运行 2a多的实践证明改造后的机械密封结构设计合理 ,密封性能可靠 ,使用寿命长     

端面变形对液体动压型机械密封液膜瞬态特性的影响

建立动环-液膜-静环动压型机械密封双向流固耦合模型,针对逆流泵送状态,对密封环及液膜流场进行非定常耦合计算,分析了密封环变形和液膜压力的瞬态特性,并通过流固耦合前后流场对比,分析了密封环端面变形对液膜压力脉动的影响。研究结果表明：与未考虑变形时相比,双向流固耦合计算结果更加符合实际;静环端面变形随时间呈周期性变化,且越靠近内径出口处,变形量的波动程度越大;密封环端面变形对外径处压力脉动影响较小,但会明显增强内径处压力脉动,且转速越大,压力脉动增强的程度越大,介质压力在压力较低的工况下对变形后液膜压力脉动程度的影响不明显;密封环端面的变形只影响压力脉动的程度,不改变压力脉动的频率。     

端面变形对液体动压型机械密封液膜瞬态特性的影响

建立动环-液膜-静环动压型机械密封双向流固耦合模型,针对逆流泵送状态,对密封环及液膜流场进行非定常耦合计算,分析了密封环变形和液膜压力的瞬态特性,并通过流固耦合前后流场对比,分析了密封环端面变形对液膜压力脉动的影响。研究结果表明:与未考虑变形时相比,双向流固耦合计算结果更加符合实际;静环端面变形随时间呈周期性变化,且越靠近内径出口处,变形量的波动程度越大;密封环端面变形对外径处压力脉动影响较小,但会明显增强内径处压力脉动,且转速越大,压力脉动增强的程度越大,介质压力在压力较低的工况下对变形后液膜压力脉动程度的影响不明显;密封环端面的变形只影响压力脉动的程度,不改变压力脉动的频率。     

剖分式机械密封技术研究现状及关键问题探讨

对近几十年国内外剖分式机械密封的结构设计及理论研究状况进行了综述性研究,分析归纳得出:剖分面密封形式包括自然断口连接密封、填充密封垫密封以及光滑面接触密封;定位方式分为断口搭接定位、外力辅助定位、定位件辅助定位、密封环座定位以及安装工具辅助定位;剖分式弹性辅助密封圈则通过搭接式、插接式、扣式以及标准件组合式连接形成整环.深入分析表明:剖分式机械密封技术领域还存在结构设计不够优、理论研究不够深、测量方法不够准、性能指标未定制和制造技术需提高等问题,通过开展剖分式机械密封端面温度、变形及泄漏模型研究,建立设计方法,制定性能指标,开发有效的测试技术和高效可行的制造工艺,是解决上述问题的关键,也是未来一段时间的主要任务.     

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。     

机械密封覆层密封环端面性能分析

机械密封覆层密封环能够综合利用耐磨覆层与韧性基体材料的优良特性,但其应用主要依靠经验,缺乏针对其性能的研究。利用ANSYS软件建立釜用机械密封动环、静环和静环座组成的热-结构耦合模型,综合考虑覆层端面变形、液膜反压和密封环温度之间的相互作用,并试验验证了分析模型的正确性。分析覆层结构和材料组合对密封端面最大端面比压与速度的乘积（P_bV）_max、最高端面温度T_max,覆层表面最大拉应力σ_max、主界面最大切应力τ_max、侧界面最大切应力σ_cmax和最大法向拉应力τ_cmax的影响,并确定最佳的覆层结构和材料组合。分析结果表明：覆层厚度、覆层与基体的热膨胀系数比和弹性模量比的变化主要影响覆层表面最大拉应力;覆层端面设计中,覆层厚度取值宜在0.4～0.6 mm,喷涂角度宜取15°～30°,覆层与基体的热膨胀系数比宜在0.5以上,弹性模量比宜在2.5以下。     

双向平衡型机械密封

一种高可靠性的新型机械密封,它具有紧定螺钉、弹簧座密封圈、传动销、弹簧座、动环密封圈、动环组件、静环密封圈、静环、弹簧等,其特征是动环密封圈槽是长矩形槽,由弹簧座和动环围成,其平衡直径须满足:d_(eo)≥D_e≥d_(ei);弹簧封闭在弹簧座密封圈和动环密封圈之间;紧定螺钉伸入轴套的孔中。此新型密封用于双密封的内侧密封,解决易燃、易爆、有毒介质的动密封问题,介质中允许有少量颗粒,密封可靠性高,使用寿命长,对辅助系统要求降低,减少设备维护成本,提高了设备的安全性。     

接触式机械密封寿命预测方法

依据分形理论,用具有尺寸独立性的分形参数表征包含粗糙度和波度的密封端面形貌及其变化,研究了机械密封端面形貌变化对泄漏通道的影响规律,结合Navier-Stokes方程,建立了基于允许泄漏率的机械密封寿命预测方法。运用这一方法,对工作在柴油泵中的108型机械密封进行了寿命预测。研究发现密封介质压力为0.8 MPa,端面比载荷为1.1 MPa,工作11500 h的108型机械密封,软质环端面形貌D=1.5607,G=2.0298×10^-9 m,理论泄漏率为2.95 cm³•h^-1。此时,其工作时间已超出美国石油学会和美国摩擦学家与润滑工程师学会制定的易挥发物逸出量控制标准下的密封寿命1400 h,处于危险状态。结果表明,正确预测机械密封寿命是十分必要的。机械密封寿命预测方法的建立,为确定维修周期、保证设备安全可靠运行提供了依据。