高PV值密封环的热负荷建模分析与试验验证

根据密封环的应用条件和工作环境,研究高PV值(密封流体压力和密封端面的平均滑移速度的乘积)密封环的热负荷特性,确定密封环传热规律,获得密封环传热过程中的3种边界条件。模拟密封环的实际运行工况,采用有限元方法对密封环整体的温度分布及温度随工况的变化规律进行建模计算。结果表明,随着油压和转速的升高,密封环温度随之增大,在主密封面的温度梯度比非密封面的大。利用自主开发的密封环综合性能试验台进行密封环温升的试验研究,试验测得的温度与建模计算获取的温度变化趋势一致,而且计算值保持了足够的计算精度,证明采用模拟方法对高PV值的密封环热负荷进行评估是有效和适用的。     

侧入式单端面机械密封摩擦副温度场的研究

对侧入式单端面机械密封的温度场进行了研究。通过建立二维轴对称传热的有限元模型,用有限单元法求解了机械密封环的稳态温度场,在自主设计的试验台上进一步对静环温度进行测量,得到了不同工况下的静环温度实测值。结果表明:增大弹簧比压、介质压力和转速,密封端面温度显著升高。将计算结果与实测结果进行比较,其影响趋势基本一致,误差在可接受的范围内,说明文中所介绍的计算密封环温度的方法可行,为进一步研究此类典型结构密封环的热特性提供了参考。     

油泵用机械密封摩擦副界面热-结构耦合分析

以热-结构耦合数值计算理论为基础,同时施加温度和力载荷边界条件,对处于高速、高压等高参数极端工况热油泵用波纹管机械密封装置摩擦副界面进行了热-结构耦合数值建模与计算分析。研究了密封环摩擦副界面的温度场特点及温度、热应力分布规律,分析了密封环在温度载荷和力载荷耦合作用下密封环的变形情况。结果表明:最高温度产生在摩擦副内径处,最大热变形在摩擦副外径处;动静环配对材料的导热系数越大,产生的最高温度就越小;在摩擦副的外径侧产生的变形有利于形成收敛型间隙。     

机械密封环的传热特性分析

研究机械密封端面摩擦热在动环、静环、端面间液膜和密封介质组成的传热系统中的传递规律。按换热面积守恒的原则将密封环简化为当量圆筒,提出动环和静环获得的摩擦热的计算方法,推导密封环的温度分布方程。结果表明,液膜摩擦热量随角频率的增加和平均膜厚的减小而增加。绝大部分摩擦热通过动环传递到介质,静环端面的温升较小。动环靠近介质侧的温度低于空气侧的温度,端面上的温度较高,且端面径向存在温度梯度。增大动环与介质的接触面积或选用热导率大的材料可降低动环上的最高温度和端面上内外径处的温差,提高机械密封的性能。     

人字形螺旋槽机械密封热变形及力变形

用有限元法分析了人字形螺旋槽机械密封的热变形和力变形。建立了计算密封环温度分布的模型,用有限元法求得了密封环温度分布;建立了计算密封环力变形、热变形的模型、调用SAP5——线性系统静力和动力响应结构分析有限元程序,计算了密封环的力变形、热变形。     

氦气介质干气密封热-流固耦合建模及性能分析

以氦气介质螺旋槽干气密封为研究对象,考虑密封环温度分布、变形与气体性质、膜厚、生热等因素之间的相互作用关系,将流体域和固体域方程耦合,根据密封结构特征设置力、热边界条件,建立用于干气密封性能分析的热-流固耦合计算模型。基于该模型对氦气干气密封进行热-流固耦合分析,探讨不同转速及槽深对密封性能及其他参数的影响规律。结果表明:在研究的参数范围内密封环存在明显的热变形与力变形,会造成间隙形状的明显变化,从而强烈影响密封的泄漏等性能;工况参数和几何参数变化同时影响流场、传热和变形特征,通过各物理场的耦合作用影响密封的性能。建立的该多物理场耦合模型可用于氦气及其他气体介质干气密封的性能预测和辅助结构设计。     

超临界二氧化碳干气密封热-流-固耦合建模与变形特性分析

为研究超临界二氧化碳干气密封密封环的变形分布,揭示工况条件对密封环变形的影响规律,在考虑CO₂真实气体效应的同时,建立考虑密封环对流换热的热-流-固耦合计算模型,借助CFD和CSM计算机仿真技术,研究超临界二氧化碳干气密封动、静环在多重载荷共同作用下的变形规律。研究结果表明:密封环轴向最大热-流-固变形出现在耦合面,热变形和力变形方向相反,其中热变形起主导作用;转速增大,密封环最大轴向热变形和力变形增大,动环最大轴向热-流-固耦合变形减小;介质压力增大,动环和静环最大轴向力变形分别增大66.25%和6.18%,最大轴向热变形和热-流-固耦合变形均减小;进口温度上升,动环和静环最大轴向热变形分别增大40.79%和34.90%,最大轴向力变形基本不发生改变。     

基于Pro/E平台下的机械密封热变形分析

利用Pro/E的热力学分析对机械密封的动环进行有限元分析,通过对密封环摩擦热、搅拌热等因素的分析计算,分析密封环端面温度对密封环结构变形的影响。结果表明:内流式机械密封端面温度径向呈近似抛物线分布;密封环内的温度梯度使密封环产生热变形,导致形成圆锥型的端面;热变形会使密封环产生内应力。     

基于Ansys的机械密封环温度场分析

在合理的假设条件下,建立了机械密封环温度场的数学模型,利用有限元分析软件Ansys 8.0计算了特定工况下的机械密封环的温度场,得到了端面温度的分布规律及密封环内温度沿轴向的变化趋势,并讨论了几个重要参数,发现导热系数对端面温度影响显著,密封端面温度随密封介质压力和主轴转速近似呈线性变化。     

T型槽干气密封动环稳态温度分布规律研究

为深入了解某合成气压缩机T型槽干气密封稳态时温度场的特性,对其一级干气密封副的结构进行了分析,建立了密封副的物理模型和热平衡时的数学模型.应用数值方法基于有限元分析软件AN-SYS对动环进行了热分析,得到了温度场的分布规律,即动环稳态温度分布、动环稳态温度梯度分布.分析结果表明,动环的温度及梯度变化在规定范围内,密封的结构设计合理.其结果为密封环热变形分析、密封环T型槽的优化等提供理论依据.     

两种密封结构橡胶密封圈密封性对比分析*

以发动机出水口处螺栓预紧橡胶密封结构为例,分别建立橡胶密封圈在三孔和四孔螺栓装配结构下的有限元模型,利用有限元软件ABAQUS对比分析橡胶密封圈在不同螺栓装配结构下在不同工作温度下的密封性能和应力状态。结果表明:随着温度的升高,三、四孔螺栓预紧结构下密封圈的von Mises应力、接触应力、最大真实应变及接触宽度均逐渐增大;各工况下采用三孔和四孔螺栓装配结构时密封圈的密封性能相差不大且均满足密封要求,但采用三孔结构时密封圈具有更小的von Mises应力,有利于提高密封圈的使用寿命。     

螺旋槽机械密封的可控性

螺旋槽机械密封动环和静环端面间的液膜厚度为微米级,易受外界干扰而破溃、失效.基于液膜流动、密封环传热和热变形的耦合分析,确定与闭合力对应的液膜几何尺寸,得到密封环温度与泄漏率.将静环内侧温度和泄漏率作为反馈参数、闭合力作为调节参数,建立螺旋槽机械密封的控制方法.依据该方法,结合反馈、调节机械系统,可实现螺旋槽机械密封的可控性运行,从而可以提高螺旋槽机械密封的变工况适应能力.     

牙轮钻头径向非对称扁平密封性能研究

为了提高HAR橡胶密封圈寿命,提出一种新的径向非对称扁平密封结构。相比传统对称截面扁平密封圈,径向非对称截面的密封接触面积更小,因而减小了内圈动密封面旋转产生的热量以及磨损。通过试验对比氢化丁腈橡胶(HNBR)与丁腈橡胶（NBR）的性能,选择出合适的橡胶密封圈材料;分别建立径向非对称扁平密封圈与传统对称截面扁平密封圈的有限元模型,对比2种结构的密封性能;在不同的环境压力和温度下对径向非对称扁平密封圈的密封性能进行评价,并在现场进行应用验证。仿真结果表明：径向非对称扁平密封圈接触应力更大,密封性能更优;同时,其Mises应力明显低于传统对称截面扁平密封圈,证明径向非对称扁平密封更适合长期稳定工作。现场应用结果同样验证：在高温高压工况下,径向非对称扁平密封圈密封性能可靠,具有较高的实用价值。     

核主泵流体动压型圆形深槽密封的热流耦合分析

以核主泵流体动压型圆形深槽第二级密封为研究对象,建立包括密封环、端面液膜和密封腔组成的三维跨尺度传热系统。采用Fluent软件,在流固交界面采用强制耦合,求解能量方程和N-S方程,获得端面间液膜、密封环、密封腔的流场分布、压力分布和温度分布,在此基础上研究转速、冲洗量和冲洗进出口位置对三维传热系统的影响。结果表明:冷却冲洗对于密封环的散热有显著效果;深槽能降低密封端面的温度,起到局部的冷却作用;深槽结构以及流体惯性作用,导致深槽两侧存在压力梯度;转速对温度场的影响远大于冲洗量的影响;冲洗进出口位置对密封环、密封腔的温度场影响较大,冲洗进出口位置均存在最优值,进口在无量纲量L/L0为4/7处最优,出口位于动环外周凸台处有较好的冷却效果。     

自润滑活塞环的压力分布及摩擦热研究

活塞环是高压无油压缩机中的重要易损件,而活塞环间的压力分布和活塞环与气缸间的摩擦热是影响其寿命的两个最主要因素。建立了活塞环间压力分布的数学模型,揭示了活塞环非均匀磨损的机理;同时搭建了试验台,通过动态压力传感器测量了活塞环间的压力分布,验证了理论模型。研究结果表明,活塞环开口间隙相同时,各环间压力分布严重不均,第一道活塞环承受75%以上的压差,这是引起不均匀磨损从而导致快速失效的根源;通过设计不同切口大小的活塞环等措施,可以使各环间压力分布均匀化,提高环组寿命。影响活塞环寿命的另一个因素是由摩擦热引起的高温,通过有限元方法研究了活塞环与气缸间的摩擦热生成和传递过程。     

双向连通槽热流固耦合热变形研究

针对传统的螺旋槽型不能满足旋转设备反向运转的密封要求的问题,根据双向槽型机械密封结构特点,提出一种双向连通槽型,通过建立热流固耦合模型,确立传热边界条件,采用ANSYS Workbench对几何模型进行单向耦合计算,讨论密封环在转速、压力作用下热变形规律.结果表明:双向连通槽泄漏量整体比螺旋槽型泄漏量小,且双向连通槽由...     

螺旋槽机械密封泄漏率的控制方法

流体润滑的螺旋槽机械密封环端面在液膜摩擦热的作用下发生变形并构成径向楔形间隙。考虑液膜粘度随温度的变化,建立了液膜流动、密封环传热和热变形的耦合分析方法,依据该方法确定了与给定闭合力对应的端面间隙形式及泄漏率。研究表明,可通过调节闭合力可实现对泄漏率的控制;闭合力越大,液膜厚度越小,摩擦扭矩越大,泄漏率越小。     

基于MpCCI方法的密封环双向流固耦合模拟与试验研究

为预测重载越野车辆传动系统中密封系统的流固耦合特征,综合考虑密封环在微小约束空间内的受力状态以及密封间隙流场中的流动特点,建立了密封环双向流固耦合数值模型并提出了求解策略。采用多物理场代码耦合工具MpCCI联合FLUENT与Abaqus软件对旋转密封系统进行双向流固耦合数值计算,获得了旋转密封间隙流场中油液的流动状态。分析了密封环变形对密封系统泄漏量和密封环摩擦转矩的作用特征,通过双向流固耦合的动态模拟考察了传动系统工况对密封环性能的影响。利用车辆传动系统密封环综合性能试验台进行了密封性能的试验测试,对比发现计算值和试验值的变化规律具有一致性,验证了密封流固耦合数值模型及其计算结果的正确性。     

三偏心蝶阀密封压力影响因素分析

基于现有三偏心蝶阀多层次密封圈的不足以及全金属密封圈密封性能差、研究少的现状,运用有限元分析软件,模拟分析了不同状态下密封圈的密封压力分布情况,得到了三偏心蝶阀密封性能与密封压力影响因素的关系,并给出了相关设计建议。分析结果表明,三偏心蝶阀密封压力分布不均匀,阀轴附近存在低密封压力过渡区。合理设计密封圈,可改善密封压力分布情况和增大过渡区密封压力值,提高三偏心蝶阀密封性能。