液压往复密封的技术进展

概述了密封滑动面3种润滑状态的特点和判定方法,对在流体动静压润滑时密封接触面的压力分布和泄漏量计算的理论和实验方法作了综述,在分析现有国内外密封件组成的基础上,提出了将往复密封件的功能要求分解为良好的耐磨性和弹性,并通过结构和材料的组合,将满足耐磨性要求的主密封和满足弹性要求的副密封结合起来,可研制出新型的组合密封件,给出了应用新方法设计的往复动密封典型例子,并进行了详细分析。     

水力加压器组合密封结构设计及参数优化

为了提高水力加压器密封性能,设计一种由滑环与O形密封圈组成的组合密封;利用流体压力渗透载荷的加载方法对密封结构进行有限元仿真,得到单因素滑环结构参数对密封性能的影响规律;利用正交试验,分析多因数滑环结构参数综合作用对活塞密封性能的影响。研究结果表明:滑环沟槽底部厚度、滑环侧边宽度、滑环高度、活塞单边径向密封间隙对动密封面接触压力影响依次减弱,新型密封结构选择滑环高度6.5 mm、滑环侧边宽度2.65 mm、滑环沟槽底部的厚度0.7 mm、单边径向间隙0.25 mm时,其最大接触应力比常规O形密封圈结构提高了245%;新型密封结构中的动密封面接触应力比常规O形密封圈结构有了显著的提高,提高了水力加压器的密封性能。     

基于动网格的迷宫密封泄漏量动态模拟分析研究

目前研究往复迷宫压缩机活塞与气缸之间迷宫密封泄漏量多采用静态数值模拟的方法,此方法精度较低,模拟泄漏量的误差极大。以Fluent软件的动网格数值模拟方法为理论依据,通过改变密封间隙、空腔深宽比、齿数、进出口压力比以及活塞往复速率进行数值模拟。结论表明:动网格模拟得到的模拟数值比原方法精度高出2.3%~3.5%。     

轴向迷宫密封性能的流固耦合分析

以往轴向迷宫密封设计时多借鉴旋转迷宫密封的研究成果,而对于轴向迷宫密封,其内部流体变化形式存在较大区别.为探讨轴向迷宫密封流场分布和泄漏特性,对某型号迷宫压缩机活塞气缸部位采用的齿形轴向迷宫密封结构进行研究.建立该轴向迷宫密封结构的三维模型,对迷宫密封泄漏特性进行流固耦合分析,分析迷宫密封流体域内压力分布、流场分布及结...     

一种新型组合轴端密封的设计及数值模拟

针对传统的迷宫密封作为气膜密封装置的轴端密封存在的问题,设计一种新型组合轴端密封结构。该组合轴端密封采用特殊结构产生泵送效果,实现了流体动压反输径向密封。采用该新型组合轴端密封的气膜密封,集径向、轴向2种流体动压反输性能于一体,在提高密封性能的同时,减少磨损,延长了密封装置寿命。采用Ansys软件建立组合轴端密封的三维流体模型并进行数值模拟,结果表明,组合轴端密封采用的特殊结构使流体随螺纹旋转产生横向推力,流体通过组合轴端密封结构后压力增大,产生了泵送效果,实现了径向密封。     

压缩机活塞杆磁性液体密封设计与试验研究

为探索往复密封的新方法,对2D25W-69、2.2～8.8压缩机活塞环进行往复密封研究.分析传统的往复密封方式和磁性液体往复密封的缺陷,提出组合往复密封结构的观点.针对2D25W-69、2.2～8.8压缩机活塞环工况条件,设计出三种磁性液体组合密封结构:三斜口填料-磁性液体组合密封结构,C形滑环-磁性液体组合密封结构和改进后的C形滑环-磁性液体组合密封结构.从理论上分析上述三种磁性液体组合密封结构的磁场分布和密封耐压能力.在试验方面,设计、安装了磁性液体往复密封试验台;在设计的往复密封试验台上,测试三种组合密封结构的密封性能.试验结果表明:改进后的C形滑环-磁性液体密封结构具有一定的实际价值.     

迷宫型过孔密封圈在回中作动器中的研究及应用

回中作动器在活塞运动时,活塞头上的密封圈需反复通过筒体上的回中小孔,采用传统的橡胶O形密封圈或聚四氟乙烯组合密封圈无法满足活塞组件往复运动过程中对密封件的磨损,会出现密封损伤、内漏量偏大的情况。采用聚醚醚酮材料加工过孔(回中)密封圈,由于聚醚醚酮材料拥有优良的物理机械性能、兼具韧性和刚性,耐疲劳性、自润滑性优良,适用于耐磨耗的场合;同时,密封圈结构采用迷宫型切口,可有效防止油液泄漏。研究结果表明：新型迷宫型过孔密封圈经产品密封性能验证及工程化应用,密封效果良好,内漏量小,满足产品使用需求。     

高压星形密封圈的密封性能分析

利用ANSYS软件建立了带聚四氟乙烯挡圈的丁腈橡胶星形密封圈结构的二维轴对称几何模型,分析了静压工作状态和往复运动状态下其密封机理、密封性能,并预测了星形密封圈易发生失效的具体部位。结果表明:在高压(流体压力10MPa)条件下,使用挡圈可以有效缓和星形密封圈的应力集中现象;星形密封圈非压力侧的内侧凸圆靠近挡圈区域易发生磨损失效;内侧的凹圆部位易发生撕裂失效。     

迷宫式压缩机在炼油厂“火炬”气体回收系统的应用

迷宫式活塞压缩机属于往复活塞式压缩机的一种,它是利用活塞在气缸中对流体进行挤压,而使流体压力提高并排出的压缩机械.迷宫式活塞压缩机采用了非接触式迷宫密封,不仅排气无油,而且气缸内不产生任何粉尘磨屑,同时对压缩介质中混入的杂质颗粒不敏感,在压缩易燃、易爆烃类气体、有毒气体或超高、超低温度工况下使用具有极高的安全可靠性.通过对迷宫式压缩机密封原理及基本特点的说明,论述该种迷宫式压缩机应用在火炬回收系统中的可行性及其优越性.     

齿形角对迷宫密封性能影响的流固耦合分析

以往复式压缩机交错型迷宫密封结构为研究对象,采用流固耦合分析方法对不同齿形角下的密封结构内部流场、气缸及活塞结构进行同步联合求解,分析齿形角对迷宫密封性能的影响。分析结果表明：迷宫密封的泄漏量随齿形角增大呈先减小后增大趋势,当齿形角为30°时,膨胀空腔内的涡旋最为强烈,能量耗散最为彻底,整体密封性能最好;流场与固体结构的相互作用对流场分布产生影响,从而对流体泄漏量产生影响,因此采用流固耦合分析方法较流体模型分析方法的结果更接近于理论值,采用流固耦合分析方法进行的三维模拟也更加贴近工程实际。     

齿形对类迷宫密封性能的影响研究

针对类迷宫密封结构形式与往复式压缩机气缸与活塞之间密封性能的问题,深入讨论了不同齿形对类迷宫密封的密封性能影响。采用CFD方法对4组不同的齿形结构进行数值模拟,并把数值模拟结果与理论计算结果进行对比。对比结果表明:当齿形深宽比一定时,齿形结构对密封性能影响较大,其中梯形齿比圆弧形齿的泄漏量多21%;圆弧形齿最容易使流体形成能量耗散的涡旋,密封效果最好。     

宽温域下电静液作动器的液压缸活塞格莱圈动密封性能分析

为了分析宽温域下电静液作动器的液压缸活塞格莱圈密封性能,基于流体动压润滑理论,建立了考虑油液黏温特性的最大启动压力和泄漏流量的数学模型。利用有限元软件ABAQUS计算得到活塞密封接触面间的接触压力,通过逆解法求解一维雷诺方程得到密封接触面间的油膜厚度,从而定量计算出密封结构单行程的最大启动压力和泄漏流量,并分析了介质压力和温度对最大启动压力和泄漏量的影响。仿真结果表明,介质压力升高会导致活塞动密封有效工作的温域变窄,最大启动压力降低,泄漏流量增大;温度每增加20 ℃,泄漏流量降低量不低于25%,最大启动压力降低量不低于15%,即温度适当升高有利于降低最大启动压力和泄漏流量,但过高的温度将增加格莱圈失效的风险。     

旋冲载荷下传动轴组合密封沟槽敏感参数研究*

随着勘探深度的增加,地层压力升高和岩石硬度增加,螺杆钻具经常发生横向涡动、纵向跳动、扭向振动及黏滑现象,限制了冲击螺杆钻具的推广应用。为研究高温、高转速和往复运动耦合作用下传动轴总成密封特性及参数敏感性具,对比相同工况下星形圈、O形圈和组合圈密封特性,得到不同密封圈在静密封、动密封状态下接触压力分布,根据主密封面接触压力判定方法得到最佳密封圈结构。根据该结构研究沟槽敏感参数,并讨论沟槽形状、位置、数目和宽度等对组合圈密封特性的影响。结果表明:组合圈密封效果远远优于O形圈及星形圈;沟槽形状采用等腰三角形、沟槽数目为3时密封性能最优,沟槽位置于中间最合理;静、动密封状态下,主密封面接触压力随沟槽宽度增大而增大,而静密封状态下次接触面接触压力及O形圈应力几乎不变。     

间隙宽度对类迷宫密封性能的影响

类迷宫密封由于其结构的特殊性,内部流体流动也有别于迷宫密封。利用FLUENT软件分析密封间隙对类迷宫密封性能的影响,并与传统迷宫密封内部流场进行对比。结果表明：在同等尺寸条件下,类迷宫密封湍流流体流动在槽向上比迷宫密封明显,在研究类迷宫密封时槽向流动不可忽略;间隙宽度对泄漏特性影响较大,随着间隙宽度的增大,流体速度降低,节流效应减弱,泄漏量增大。     

基于正交试验的迷宫密封性能分析研究

针对影响往复迷宫压缩机密封性能因素,探究迷宫密封泄漏量与影响因素之间的关系。本文结合FLUENT软件中的动网格技术和正交试验法,对影响迷宫密封泄漏量的关键参数进行对比分析[1,2],从而获得该模型的最优方案,通过模拟仿真和理论计算验证其正确性。结果表明:迷宫密封参数对泄漏量的影响程度的大小顺序为:密封间隙、进出口压比、空腔深度、活塞速度,该模型的最优方案为间隙0.3mm、进出口压比3、空腔深度1.0mm、活塞速度5m/s。     

基于ANSYS Workbench活塞组合密封圈优化研究

针对某国产化活塞组合密封圈内泄漏问题，基于ANSYS Workbench模拟活塞组合密封圈装配过程的变形情况及接触应力变化情况，采用流体压力渗透载荷的加载方式模拟介质压力对密封圈弹性体的作用，研究活塞组合密封圈弹性体压缩率、硬度以及工作压力对其密封性能的影响。研究表明：弹性体上、下密封部位(BC段、DE段)最大接触应力略小于工作压力与装配下弹性体最大接触应力之和，其密封性能良好；弹性体压缩率及硬度越大，其最大接触应力越大。通过对活塞组合密封圈挡圈及导向环开口间隙以及开口角度的研究，得出挡圈厚度偏小以及导向环开口间隙偏大是导致活塞组合密封圈内泄漏的主要原因。试验结果表明：弹性体采用氢化丁晴(HNBR-80)、挡圈采用聚酯弹性体(TPEE)、导向环采用尼龙(PA66)材料的活塞组合密封圈满足某装备液压缸的使用要求。     

齿形结构对迷宫密封性能影响的动网格技术分析

采用动网格技术对4种不同齿形迷宫结构进行数值模拟,研究齿形对直通型迷宫压缩机密封性能的影响。结果表明：当迷宫间隙、迷宫齿齿高和齿距一定时,齿形变化对迷宫密封的密封性能影响较大,其中梯形齿形成的迷宫空腔对气体的能量耗散效果最为理想,因而阻漏效果最明显,其次是矩形齿、圆形齿和三角形齿;动网格分析技术能够更加真实、准确地体现出活塞连续运动时气体在迷宫空腔内能量耗散的过程,计算结果更加真实准确。     

水压往复柱塞泵新型密封结构设计与分析

载人航天器环控生保系统中,迫切需要一种小型长寿、能可靠实现精确输送的柱塞泵,要求工作在空间微重力环境中稳定运行,并具有极低泄漏率和磨损率。往复动密封性能决定柱塞泵寿命、泄漏量、磨损率,针对相应特殊要求,开展水压往复柱塞泵的设计。借鉴传统油压往复密封理论与实践经验,设计一种适应低黏度水介质,容纳磨损颗粒物,确保低泄漏率,具有封间泄压机制的新型串联动密封结构。并采用有限元软件对主密封进行接触应力分析,根据介质压力与比压判据,确定最优的初始压缩量。考虑密封元件微观形貌,对雷诺方程进行数值求解,讨论成膜条件,确定合理量级的运动参数,以进一步优化密封结构。     

一种液压缸串联式组合密封及流场分析

针对液压缸传统的活塞密封,如接触密封、间隙密封存在的不足,将接触密封与间隙密封沿活塞轴向有机集成,提出一种新型串联式组合密封结构。建立该结构的数值分析模型,通过数值仿真获得流场压力分布、密封圈变形与内泄漏特性,以及结构参数对密封性能的影响规律。结果表明：在进出口压力相同的情况下,相比于接触密封,组合密封的内部结构中压力损失更大,密封圈受到的压力和冲击更小,有利于减少密封件变形;组合密封结构中端部的间隙密封对油液实施了阻滞,使中间的密封圈承受的油液冲击和压力变弱,因而密封圈变形更小;组合密封的多级密封结构能更好地屏蔽泄漏,提升密封性能;组合密封内泄漏受间隙密封长度、密封间隙和油液压力的影响,增大间隙密封长度、减小密封间隙和油液压力,可减少泄漏量。内泄漏物理实验进一步表明,该组合密封能有效减少内泄漏量,提高密封性能,且在密封圈出现损伤故障时,仍能在很大程度上抑制或减少内泄漏,提高密封效果与可靠性。     

双三角滑环式组合密封的密封性能分析

针对新型井下排水泵驱动气缸活塞中使用的双三角滑环式密封圈,建立其二维轴对称与三维实体有限元模型。采用二维轴对称模型分析滑环的最小厚度、圆弧半径、宽度与O形圈预压缩量等几何参数和介质压力、往复运动速度、环境温度等工作参数对其静密封和往复动密封性能的影响。采用三维实体模型分析环向接触应力分布和活塞径向偏心对密封性能的影响。结果表明:在静密封中,除滑环宽度外的几何参数会对主密封面的接触应力大小和分布产生较大影响;介质压力增加时,密封圈具有较好的自封性;环境温度的增加会降低最大接触应力与O形圈的最大Mises应力;在动密封中,最大接触应力随时间呈波动变化,介质压力、运动速度与环境温度在一定范围内会影响其密封性能;当活塞处于径向偏心运动状态时,密封性能会随着偏心量的增大而明显降低,故应采取措施尽量提高活塞在气缸中的同轴度。