金属硬密封球阀

所属单位 北京航天万源煤化工工程技术有限公司 产品应用领域 石油、化工、煤化工、多晶硅等行业。     

硬密封球阀主密封副接触的特性分析

为研究金属硬密封球阀主密封面密封比压变化规律,建立了球阀的主密封结构有限元模型及密封性能评价模型,采用硬接触小滑移算法对密封副接触进行非线性有限元分析。计算了不同压力角、密封宽度以及密封面平均直径与进口阀座套筒外径比值下的密封比压并评价其密封性能,讨论了这三个变量在设计时的取值范围。结果表明:在不同压力角与密封宽度下,密封面上比压分布分别呈现抛物线与反比例函数趋势;在满足密封条件下,尽可能选择较大的压力角以减小摩擦转矩;密封面宽度选择存在一个最优值,当径向投影宽度大于7mm时密封不严,小于5mm时造成应力集中。     

大口径全焊接球阀双向密封性能研究

运输有毒或可燃性气体的管道泄漏易导致起火、爆炸等灾难性后果。大口径球阀常用于矿山通风或天然气集输管道,球阀的密封性能是设备安全稳定运行的关键指标。文章在高压密封和低压密封工况下对40英寸全焊接球阀的密封结构组件正、反向密封时的密封性能展开研究。结果表明:正、反向密封时,高应力区出现在阀座支撑圈上,最大等效应力小于屈服强度;阀座密封圈的高应力和最大变形均出现在与阀座支撑圈接触的2个尖角位置。高压密封时,阀座与球体接触区域的接触压力均大于介质压力,满足密封要求。相比于高压密封工况,低压密封时阀座与球体的接触区域明显减小,需确保介质工作压力大于设计压力,防止过低的介质压力降低其密封性能。该研究可为大口径球阀密封压力范围的确定提供参考,为大口径球阀双向密封性能分析提供研究方法。     

多晶硅行业中硬密封球阀的设计特点

通过对多晶硅行业工作环境的分析,提出硅粉介质工况下硬密封球阀的一些设计思路。通过分析得出,与常规硬密封球阀相比,多晶硅行业中应用的硬密封球阀应该采用更加宽大的球座密封面,双刮刀设计的阀座,更全面的硬质合金喷涂以及更有效的阀座弹簧保护措施和更强劲的外部驱动力等设计。     

各向异性粗糙表面的接触性能研究

本文通过对Onions-Archard的理论接触模型进行扩展,研究了由指数衰减可分自相关函数和高斯高度分布函数模拟的各向异性粗糙弹性表面和光滑表面接触时的接触性能,将粗糙表面润滑效应研究中常用的表面模拟方法和粗糙表面接触性能研究的理论模型联系了起来。在单个微凸体接触参数计算中,引进了适当的近似公式,简化了不同椭圆比时的接触参数计算,计算结果表明,当椭圆比1/γ>1时,各向异性粗糙表面的接触载荷,接触面积和平均接触压力均小于各向同性粗糙表面的值。     

三相泡沫密封性能的实验研究

本文以表面物理化学为基础,探讨了泡沫流体的稳定性及其密封性能,得出了气液两相泡沫流体可作为封堵裂隙的介质,并且只要加入适量的固相填充剂,其密封性能可显著提高的结论,从而为煤层瓦斯压力测定的封孔技术,尤其是煤巷和松软岩层的封孔提供了一种较为理想的材料。研究工作表明,三相泡沫封孔技术是一项具有广泛实用前景的新技术。     

粗糙表面接触问题的数值计算研究

基于Ausloos和Berman提出的推广的W-M函数对具有不同粗糙度参数的分形表面进行仿真模拟.同时,基于前人的理论研究,在模拟的分形粗糙表面基础上建立了微尺度粘着弹塑性接触模型.通过数值模拟,得到了给定条件下各个微凸体上的载荷、真实接触面积、接触斑点尺寸和平均接触压力的分布情况.建立的模型考虑各个微凸体具有不同的峰顶曲率半径,当变形足够大时考虑微凸体间的相互作用,因而较前人建立的模型更符合工程实际,同时也对与分形特征相关的摩擦学模型的进一步研究具有一定的指导作用.     

基于接触分析方法的机匣安装边密封性研究

针对某型航空发动机外涵机匣开环形槽结构的安装边,建立了包括安装边和连接螺栓的有限元计算模型。采用有限元接触分析方法对安装边结合面的接触应力和接触间隙进行了计算,分析了安装边螺栓孔距、安装边厚度和开槽深度对安装边密封性的影响。结果表明,安装边开环形槽结构有利于密封,适当增加安装边螺栓数和安装边厚度可改善其密封性。     

理想粗糙表面的滑动接触问题的研究

以理想粗糙表面同刚性平面的滑动弹性接触研究对象,通过对求解域及第一种Ｆｒｅｄｈｏｌｏｍ积分方程的离散求得,得出了不同摩擦系数下的接触参量,并与无摩擦时的数值解及经典Ｈｅｒｔｚ解作了比较。     

深海高压舱密封性能评价研究

为了确保基于O形橡胶密封圈的深海高压舱实现可靠密封，避免因经验设计带来的密封失效，提出了通过计算O形橡胶密封圈密封工作时的最大接触应力来判断密封可靠性和安全裕度的评价方法.采用超弹性单元HYPER56建立了O形密封圈的有限元分析模型，计算了高压舱O形密封圈在承受内压时的应力分布.计算结果表明,当O形圈的预压缩量小于1 mm 时，增大O形圈的预压缩量，可以显著提高O形圈的最大接触应力；当O形圈的预压缩量大于1 mm 时，增大O形圈的预压缩量对提高O形圈的最大接触应力贡献不大；当O形圈的预压缩量大于0.6 mm时，O形圈的最大接触应力始终大于密封压力，高压舱能可靠实现60 MPa的密封.对上述结论进行了高压密封实验，实验结果表明，当O形圈的预压缩量为0.8 、1 和1.2 mm时，高压舱能可靠实现60 MPa的密封；通过计算当O形橡胶密封圈密封工作时的最大接触应力，可以对高压密封舱的密封性能做出正确判断.     

粗糙表面接触热阻的理论和实验研究

本文分析了两固体粗糙表面接触热阻的机理，用统计数学和接触力学的方法推导出粗糙表面接触热阻的理论计算公式，并用实验进行了验证．结果表明：理论计算结果和实验结果吻合良好     

粗糙软接触润滑的摩擦因数

以刚性球在PDMS圆盘上运动为背景,建立了润滑条件下的软接触数学模型,通过数据处理将接触表面粗糙度的测量结果耦合到数学模型中,并根据接触时不同润滑区域的特点,提出了整体名义接触区域的摩擦因数计算模型,利用现有实验数据验证了模型的有效性。在不同润滑条件下计算并分析表面粗糙度在软接触中的作用。当润滑油的卷吸速度与黏度的乘积(μη)值较低时,流动的润滑油与微凸体间的相互作用产生的压力增量使摩擦因数显著增加。     

柔性石墨缠绕垫片密封性能试验研究

在对不同结构的柔性石墨缠绕式垫片进行常温机械性能研究的基础上,对机械性能与紧固件要求一致的垫片进行了常温密封性能试验研究。找出了常温密封性能的基本规律,提出了较好地表征垫片密封特性的公式,并通过对试验数据的回归分析得到了公式中的各系数。试验发现,该结构的垫片在预紧比压和1.1倍公称压力下的单位时间的标准体积泄漏率（氮气）达到10-4数量级,表明该结构的垫片可用于相应压力级别的管法兰上,并且具有较低的泄漏率。     

小型锂/亚硫酰氯电池密封性能的研究

本文采用加速方法对小型Li／SOCl2电池的密封性进行研究。对不锈钢与陶瓷之间的密封带进行观测和讨论。     

水压电磁阀阀口密封性能试验研究

阀口的密封性能是表征开关型水压电磁阀质量的重要技术指标．分别以不锈钢与黄铜、聚四氟乙烯及丁腈橡胶配对构成密封面，测试了密封宽度和粗糙度对密封面密封性能的影响，并得出了保证密封所需的最小接触比压力．试验结果表明，不锈钢／橡胶密封副的接触比压力较低，适合电磁阀阀口密封．     

水下连接器密封性能分析及实验研究

针对水下连接器需要具有良好可靠性的问题,对连接器的密封性能进行了研究。通过对卡爪式连接器的密封圈进行弹性力学分析,用数学模型揭示了金属密封机理,并根据其受力形式计算了密封比压;根据密封比压公式对密封圈密封面的角度进行了改进,提出了一种新型复合式内外压密封结构。经过有限元仿真分析及样机试验研究,验证了新型密封圈所需的预紧力载荷只有82 t,比原始的标准透镜式密封圈预紧力载荷小了将近30 t,证明了新型复合式内外压密封结构的优越性。     

粗糙金属表面接触的热应力场和等温应力场研究

粗糙金属表面接触表层中的等温应力与热应力场对金属表面的边界膜成膜,磨损与疲劳机理都有重要影响。但由于问题的复杂性,人们以往在研究粗糙金属表面接触性能时,大多只注意到研究压力场和温度场而忽略了应力场。本文首次在考虑了微凸体之间互相影响的基础上研究了弹性粗糙平面滑块与刚性光滑平面接触的等温应力与热应力场。目的是为进一步研究边界膜成膜机理,磨损,疲劳及表面胶合机理提供理论依据。     

粗糙金属表面接触的压力场和温度场

在研究金属表面的摩擦、磨损、边界膜成膜、疲劳及胶合等机理时,有必要搞清粗糙金属表面接触的压力场,温度场及应力场。过去人们在计算表面接触性能(压力场、温度场及应力场)时,往往忽略微凸体之间的相互影响,这在边界摩擦与干摩擦状况下与实际有较大差异。本文用一种新方法在考虑了微凸体之间互相影响的基础上,计算了弹性粗糙平面滑块与刚性光滑平面接触的压力场和温度场。这为进一步计算等温应力与热应力场打下了基础,也为研究边界膜成膜,磨损及表面胶合机理提供了一定的理论依据。     

指尖密封性能的NASH平衡优化

以指尖密封的迟滞特性最小和寿命最长为目标,采用对策论中的NASH平衡方法构建了指尖密封多目标优化的合作NASH平衡计算模型,将指尖密封的多目标优化问题转化为Nash平衡点的求解问题,通过将影响指尖密封性能的迟滞率和影响指尖密封寿命的接触压力作为自变量分别构建迟滞率和寿命的支付函数,采用遗传算法(GA)进行求解,并以实例的形式进行了优化计算,验证了算法的有效性,为指尖密封的迟滞特性分析和寿命研究提供了一种新的多目标优化研究方法.