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。     

海底管道连接器密封环密封性能有限元分析

海底管道连接器中金属密封环需具备良好的回弹特性并提供稳定可靠的接触载荷,才能保证有效密封。而对于复杂的非线性结构,因不能预知密封环预紧安装后的形变,针对其进行理论计算难度大且易产生误差。为研究连接器中金属密封环的接触性能和回弹性能,借助有限元软件Abaqus建立连接器中密封结构的二维轴对称模型,分析初始压缩率对不同径厚比密封环密封性能的影响。以密封环应力状态、压缩回弹量、接触应力依次表征其损伤情况、回弹特性及密封可靠性,并结合三者与初始压缩率的关系,确定预紧安装过程中压缩率的可行性区间。结果表明:密封环损伤易发生于密封环椭圆截面长半轴端点两侧;随着初始压缩率增大,压缩回弹量先增大后减小,薄壁密封环的回弹性能优于同外径的厚壁密封环;薄壁密封环对应初始压缩率的可行性区间远大于同外径的厚壁密封环,证明薄壁密封环密封性能优于厚壁密封环。该结论为密封环选型及预紧安装提供了相关依据。     

滑环式蓄能密封环结构的有限元优化设计

利用ANSYS13.0建立某滑环式复合蓄能密封环的有限元模型,分析该密封环在给定工况下密封性能,并与单纯的滑环密封环的密封性能进行比较;分析滑环几何参数对其结构受力情况及密封性能的影响,对密封环结构进行优化设计。结果表明:通过对滑环的顶部宽度、壁面宽度、唇面半径、滑环高度等几何参数的优化,改善了结构在工作环境下的受力状况,提高了其工作寿命,同时使其能够更可靠地保证密封性能。     

超低温弹簧蓄能密封圈动密封性能有限元分析与优化设计

为进一步探究超低温工况下弹簧蓄能密封圈系统的动密封性能,建立弹簧蓄能密封圈系统的等效二维轴对称有限元模型;对密封圈轴向装配以及径向装配2种典型数值装配过程进行模拟、分析与比较,利用稳定装配后的构型计算在常温与超低温下密封圈在不同介质压力下的密封特性,并分析密封圈在不同工况下的动密封特性。基于数值模拟试验结果,对弹簧蓄能密封圈内唇表面结构、底座宽度以及弹簧刚度进行优化,并对3种优化策略进行评估验证。结果表明：在室温与超低温下,轴滑动的摩擦力都随介质压力的增大而增加;在超低温环境下夹套材料由于收缩而增大了对轴的压力,轴滑动时的摩擦力比常温下更大;随着介质压力增大,低温与室温下摩擦力差异减小。提出的3种优化方案都可在对密封性影响较小的前提下减小轴在工作过程中摩擦力,其中蓄能弹簧刚度的优化对于改善密封圈性能最为有效。     

井下V形金属密封环密封性能研究

提出一种适用于井下复杂环境的V形金属密封环,利用压力密封装置模拟40 MPa压差工作环境,研究V形金属密封环在井下流量控制阀中的密封性能。将V形环的力学模型分解为圆筒过盈配合与悬臂梁力学模型进行理论分析,得出密封接触面的应力计算公式,并利用ABAQUS进行仿真验证。建立V形环两种密封面(曲面与平面)的轴对称模型,分析密封环在40 MPa压差下,不同过盈量与倾角对密封性能的影响,并对比2种结构的性能。结果表明,在满足密封性能的前提下,平面密封结构的过盈量取值范围更广,并且在相同结构参数时的接触应力大于曲面密封。确定平面密封结构过盈量与倾角的取值范围,为井下流量控制阀中V形金属密封环的设计提供了参考,应力计算公式也为密封环的设计提供了一个初步的接触面应力。     

极限工况下钻杆接头疲劳分析

近年来,超深井、大位移井的数量持续增加,钻进时钻杆失效问题也越来越多。针对钻杆失效问题,进行了极限工况下的钻杆接头疲劳分析。分析结果表明:超深井及大位移井钻探时,采用高抗扭结构钻杆,相比常规钻杆,整体寿命延长86%,最大应力减小8. 3%;采用高抗弯结构钻杆,相比常规钻杆,整体寿命延长652%,最大应力减小8. 6%。通过合理调整转速和钻压,可以延长钻杆的疲劳周期,提高安全因数。     

单点系泊系统液滑环弹簧蓄能密封圈密封性能研究

建立单点系泊系统液滑环蓄能弹簧密封圈的二维轴对称模型,分析U形弹簧对系统密封性能的补偿能力;基于正交试验法对不同尺寸弹簧蓄能密封圈进行仿真模拟,分析各参数对密封区域接触压力的影响;以峰值接触应力和线接触压力为密封性能的评价指标,唇口直径、唇长、唇厚以及被压环厚度为主要参数,分析各结构参数对密封性能的影响程度,并得到最优的模型尺寸参数。结果表明:内嵌蓄能弹簧可显著提升密封接触压力,使密封圈密封性能更优;随着唇口直径、唇厚增大,峰值接触压力和线接触压力均是先增大后减小,随着唇长增大,峰值接触压力和线接触压力先缓慢增大后快速增大,而随着被压环厚增大,峰值接触压力和线接触压力先快速减小后缓慢减小;唇厚对峰值接触的影响最大,然后依次为唇口直径、唇长、被压环厚,而唇长对线接触压力的影响最大,然后依次为唇口直径、唇厚、被压环厚。     

低温U形金属密封环密封性能有限元分析

为了研究U形金属密封环在不同工作条件下的密封性能,利用ABAQUS软件建立某U形金属密封环的二维轴对称模型,在静密封条件下计算分析U形密封环初始压缩量、工作压力及工作温度等操作参数对密封环最大Von Mises应力、接触压力大小及其分布以及接触宽度的影响。结果表明,在工作工况下,U形密封环上最大Von Mises应力小于材料屈服极限,最大接触压力满足密封要求,且在低温条件下适当增大工作压力可以提高其密封性能。根据计算结果,提出此U形密封环的极限工作条件,对该U形金属密封环的设计和使用有一定的指导意义。     

水泥环破碎器矩形异形活塞密封性能分析

针对传统圆柱形液压活塞承载力不足问题,提出一种矩形异形活塞,研究其在不同工况下的密封性能。基于Abaqus软件建立异形活塞有限元模型,研究介质压力、密封间隙、活塞运动状态以及摩擦因数对密封性能的影响,并分析异形密封环不同位置处的应力分布和翻转情况。结果显示：静密封时,介质压力越大,密封环的最大Mises应力和最大接触应力越大;密封间隙越小,最大Mises应力与最大接触应力越大;相比静密封,内行程过程中最大Mises应力和最大接触应力都有明显增加,且随摩擦因数增加而增加,而外行程中最大Mises应力和最大接触应力相比静密封差异较小;各工况下应力最大值均出现在密封环圆弧段;在活塞运动过程中密封圈并未发生翻转,只是存在位置的平移情况。研究结果证明了异形活塞的可行性以及良好的密封性能,为活塞结构设计与优化提供了依据。     

机械密封镶装密封环开空刀槽对密封性能的影响

以航天涡轮泵用机械密封的镶嵌静环组件为研究对象,采用有限元法对比研究了静环座开或不开空刀槽2种情况下,石墨静环在静态条件下的接触压力、端面轴向变形和等效应力的分布特征。结果表明:未开空刀槽镶装静环组件的石墨环密封端面轴向变形分布沿径向呈发散楔形状,且相对变形量差值较大,而开空刀槽后静环组件的接触压力、等效应力和端面轴向变形均得到改善。分析了空刀槽的尺寸大小、形状以及开槽位置对石墨静环受力特征的影响,确定了静态条件下合理的开槽几何特征值。结果表明:空刀槽开在静环座径向侧壁根部较合适,且当空刀槽槽宽占比约为1/2时,静环端面轴向变形达到最小,有利于减小密封泄漏率;相比于其他几种空刀槽结构形状和特征尺寸,石墨静环拥有燕尾形空刀槽且当燕尾角为45°时,其端面轴向变形量沿径向变化最小,静环的装配应力均值最小。     

帽形滑环式组合密封的密封性能研究

采用ABAQUS软件建立帽形滑环式组合密封有限元模型,研究不同工作压力、密封间隙、运动速度和摩擦因数对其密封性能的影响规律。研究结果表明:静密封工况下,活塞杆与O形圈间的最大接触应力是影响密封性能的关键因素,随着工作压力的增大或密封间隙的减小,O形圈与帽形滑环的最大Von Mises应力均逐渐增大,各表面间的接触应力也逐渐上升;动密封工况下,工作压力越大、密封间隙越小,接触应力越大,密封间隙为0.3 mm其动密封性能最优,而随摩擦因数的增大,接触应力总体呈上升趋势,运动速度则对于接触应力基本无影响。     

高压环境下弹簧蓄能密封件密封特性分析

为研究弹簧蓄能密封件在高压环境下的密封性能,构建密封件等效二维轴对称模型,利用ANSYS软件仿真分析高压环境下弹簧蓄能密封的过盈量、唇口角度对其性能的影响;同时进行相同结构下无弹簧蓄能密封的仿真分析,研究弹簧对高压环境下蓄能密封性能的影响。结果表明：在高压环境下,V形弹簧会使峰值接触压力接近油压侧,提高了密封性能;峰值接触应力随过盈量的增加呈现先降低后增加的趋势,随着唇口角度的增加逐渐减小。随油压升高,弹簧蓄能密封峰值接触应力降低,但峰值接触应力仍大于油压,因此在高压环境下弹簧蓄能密封在保持良好密封性能的前提下,能有效地降低接触面摩擦磨损,表明其在高压环境下有着优异的密封性能与寿命。     

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。     

盾构机主驱动VD形密封圈密封性能研究与优化

为研究盾构机主驱动密封圈压缩量以及正反面润滑油脂载荷对密封圈密封性能的影响,通过ANSYS有限元软件研究在不同压缩量和密封圈不同正反面加载压力下,丁腈橡胶(NBR)材料的VD形密封圈的密封性能。结果表明：在压缩量3～7 mm区间,随着压缩量的增加,密封圈接触面的最大von Mises应力先不断增加后逐渐趋于稳定,而最大接触压力不断下降;当压差保持一致时,随着密封圈正反面的压力升高,该VD形密封圈接触面最大压力也保持相近幅值的上升;当密封圈正反面压力变化时,该密封圈结构保证了接触压力的裕度,从而保证了密封结构密封效果的稳定性。通过曲面响应法,对设计的一种带反面支撑结构的VD形密封圈进行优化,得出在压缩量7 mm,密封圈正反面压力0.9-0.6 MPa时,其密封效果最好时出现在支撑角度为9.345 3°,支撑长度为59.499 mm时,优化后VD形密封圈最大接触压力提高了16%～25%。     

密封介质对接触特性影响的建模分析

应用建模计算和性能试验相结合的方法对不同介质环境下车辆传动装置密封环的接触特性进行研究。以非牛顿流体的流变特性为基础,计及变黏度影响,模拟实际运行工况,运用有限差分数值解法,确定2种不同介质中密封摩擦副的摩擦因数和密封环温度等表达密封环接触特征的参数变化规律。通过试验进行对比论证,表明试验获取的摩擦因数和密封温升曲线与仿真曲线的基本变化规律保持一致,并且在密封系统中黏度小的介质在摩擦因数和密封温升方面较黏度大介质的数值小。通过建模和试验的双重评价方法,可以方便准确预估不同介质环境下的密封接触性能。     

液压支架立柱组合蕾形密封圈结构参数与密封性能研究

以某大采高液压支架立柱组合蕾形密封圈为研究对象,采用有限元法分析唇内、外倾角和唇谷高等结构参数对组合蕾形密封圈静密封性能的影响,同时研究油压压力、密封间隙、立柱活塞速度、摩擦因数对密封圈动密封性能的影响。结果表明:一定取值范围内,唇内、外倾角和唇谷高越大,静密封性能越好;油压越大、密封间隙越小,动密封性能越好;摩擦因数越大,外行程时动密封性能越好,内行程时则相反;活塞运动速度对动密封性能影响较小。为保证该组合蕾形密封圈具有良好的综合密封性能,各参数优化取值范围为:唇外倾角20°~30°,唇内倾角20°~35°,唇谷高度12.2~13.2 mm,摩擦因数小于等于0.1,密封间隙0.1~0.3 mm,油压不超过50 MPa。     

W形金属密封环工作状态下的力学状态与回弹性能研究

建立W形金属密封环的有限元模型,计算其不同工况下的静力学状态,并以此为基础探究W形环最大Von Mises应力与最大接触应力的影响因素。运用ANSYS模拟W形环在不同工况下加载卸载的全过程,探究W形环回弹率的各种影响因素。结果表明:在计算范围内,壁厚和压缩量的增加使最大接触应力平稳增大,密封性能提高,波高和温度的增加使最大接触应力下降,密封性能下降;壁厚和压缩量的增加使回弹率降低,波高与介质压力的增加使回弹率升高。     

氯丁橡胶滚动密封圈密封不严及其解决措施

对水下振源体的滚动密封圈密封不严问题产生的原因进行了分析,选择高抗结晶性能的氯丁橡胶DCR114和DCR213并用（75/25）代替原来的氯丁橡胶CR232,通过了硬度变化试验,改进后的滚动密封圈未再出现漏水现象。