表面粗糙度对矩形动密封特性的影响

基于耦合了密封圈的弹性变形、流体动力分析和过盈接触的密封性能数值计算流程,利用Matlab 软件编程实现矩形动密封特性的数值计算,得到矩形密封圈的油膜厚度、泄漏量及摩擦力等密封性能参数,分析表面粗糙度对矩形密封圈的润滑状态和泄漏量的影响。结果表明：往复运动速度一定时,随着密封圈粗糙度的增加,密封偶合面的润滑状态由流体润滑转变为润滑润滑状态,密封的泄漏量也呈几何式增加,说明粗糙度对密封圈的工作寿命和密封性能有较大的影响;往复运动速度也是影响矩形密封圈密封性能的关键工作参数之一,密封压力一定时,随着粗糙度的增加,不发生泄漏的临界速度降低。     

核主泵流体静压轴封组件一级密封流场的数值分析

为了分析一回路压力、轴封注入水温度和泵轴转速对密封性能的影响,采用简化雷诺方程对1号密封性能进行数值模拟以获得摩擦副端面的压力分布,然后求取不同压力、不同温度、不同转速下密封液膜厚度、泄漏量等性能参数。数值模拟分析中未考虑由于介质温度导致的摩擦副变形,但对全厂断电工况下高温介质对密封性能的影响进行了分析。数值模拟计算中考虑了离心力对密封性能的影响。分析结果表明:1号密封泄漏量随压力增加而增大,并且在低压区更敏感。介质温度低于100℃时,1号密封泄漏量随温度呈线性变化;介质温度高于100℃时,1号密封泄漏量随温度增加而显著增大。由于静压轴封组件为高压大直径密封,其离心力对密封性能有较大影响,当泵轴转速增大时,1号密封泄漏量减小。在不同介质压力下,介质压力低时,密封泄漏量的数值模拟计算结果与试验结果一致;介质压力高时,1号密封泄漏量计算结果与试验结果偏差较大。与试验结果相比,采用简化雷诺方程计算的结果无法反映出密封的真实性能,但计算结果与试验结果的趋势一致。采用简化雷诺方程可用于指导静压轴封1号密封设计,但密封的设计应以试验结果为依据。     

迷宫密封内部结构尺寸变化对泄漏量的影响

采用GAMBIT软件建市迷宫通道的二维非结构化网格模型,利用FLUENT模拟迷宫密封的内部流动,分析空腔深度、间隙宽度、节流片的倾斜角对迷宫密封性能的影响,得到较为优化的迷宫密封结构.结果表明:间隙宽度增加,迷宫密封泄漏量逐渐增大,空腔深度和节流片倾斜角增大,泄漏量减小;间隙宽度和空腔深度对密封性能影响较大,而节流片倾斜角的影响较小.     

考虑波度和锥度的端面密封稳态特性数值研究

用有限差分法推导膜厚方程与压力分布方程,建立考虑径向锥度与周向波度的三维模型,应用MATLAB软件编程对接触式机械密封进行稳态特性分析,研究影响密封性能的因素,并对建立的模型进行准确的密封性能评估与分析。结果表明,转速的改变对密封性能参数影响较小,调整压差对控制泄漏、改善密封性能有更明显的效果,开启力与泄漏量等参数随压差的增大均有增大趋势;当压差为正值时,正锥度对动压起削弱作用,负锥度对动压起增强作用,而端面周向波度对流体动压的形成起到关键作用。     

航天器密封结构的寿命影响因素分析

密封配偶件金属密封面的表面形貌、结构尺寸、结构变形对密封性能有着直接的影响,本文分别介绍了金属密封面表面粗糙度、表面纹理对于泄漏率、摩擦系数的影响;密封槽结构尺寸对配合间隙、密封圈的影响;应力、负荷、温度、压差等对密封结构的变形影响以及装配精度的影响,从金属密封配偶件角度较全面的分析了影响航天器密封结构寿命的因素。     

激光加工多孔端面机械密封变形的数值分析

针对离心泵用激光加工多孔端面机械密封,通过采用有限元法求解雷诺方程获得密封端面流体膜压分布,计算了不同约束、不同结构动、静密封环的力变形以及端面泄漏量、液膜刚度和刚漏比等密封性能参数,分析了变形对密封性能的影响。结果表明:端面变形对密封性能影响很大,将导致泄漏量增大,刚漏比减小;密封环的约束对变形起着重要作用,选择合适的约束可以减小密封面转角,提高液膜刚度,增强密封工作稳定性。     

间隙宽度对冲击气缸间隙密封性能的研究

对冲击气缸间隙密封的理论分析表明,当冲击气缸的结构尺寸确定时,影响泄漏量的最主要因素为间隙宽度和密封间隙进出口压差。利用FLUENT软件建立机械振打系统冲击气缸间隙密封模型,分析冲击气缸密封间隙进出口压差和间隙宽度对间隙密封泄漏量的影响。结果表明,当缸筒静止时,冲击气缸入口操作压力从0.3 MPa变化到0.5 MPa时对其泄漏量影响不显著,实际工业应用中可以忽略;间隙密封的密封性能主要受间隙宽度控制,其泄漏量随着间隙宽度的增大而增大,但在间隙宽度小于0.03 mm时泄漏量随间隙宽度增加的变化较小,因此冲击气缸的活塞与缸筒之间的间隙密封的间隙宽度应控制在0.03 mm以下。     

间隙宽度对冲击气缸间隙密封性能的影响

对冲击气缸间隙密封的理论分析表明,当冲击气缸的结构尺寸确定时,影响泄漏量的最主要因素为间隙宽度和密封间隙进出口压差。利用FLUENT软件建立机械振打系统冲击气缸间隙密封模型,分析冲击气缸密封间隙进出口压差和间隙宽度对间隙密封泄漏量的影响。结果表明,当缸筒静止时,冲击气缸入口操作压力从0.3 MPa变化到0.5 MPa时对其泄漏量影响不显著,实际工业应用中可以忽略;间隙密封的密封性能主要受间隙宽度控制,其泄漏量随着间隙宽度的增大而增大,但在间隙宽度小于0.03 mm时泄漏量随间隙宽度增加的变化较小,因此冲击气缸的活塞与缸筒之间的间隙密封的间隙宽度应控制在0.03 mm以下。     

活塞速度和压差对冲击气缸间隙密封性能的影响

利用FLUENT软件建立冲击气缸往复运动间隙密封的模型并结合实验测试系统对其密封性能进行研究。为控制和减小往复运动中间隙密封的泄漏量,分析活塞往复运动速度、间隙进出口压差对其的影响。结果表明,当密封间隙宽度不变时,冲击气缸往复运动间隙密封的泄漏量随入口压力增大线性增大,并且压差与泄漏量的变化率不受活塞速度变化的影响;当密封间隙宽度不变时,在相同的入口压力下,泄漏量随着活塞速度的增大线性增大;冲击气缸的操作压力变化范围小导致其对泄漏量的直接影响不大,但是不能忽略压力变化通过对速度的影响而引起泄漏量的增大。     

空腔参数对齿轮箱双边直通式迷宫密封性能的影响

针对影响高速列车齿轮箱轴向双边直通式迷宫密封性能的空腔参数如宽度与深度,利用FLUENT软件仿真计算迷宫密封的内部流场与泄漏量,分析迷宫密封矩形空腔的最佳深宽比,研究不同压比、节流间隙宽度对最佳深宽比的影响规律。研究结果表明:迷宫密封的泄漏量随着空腔宽度的增大而减小;双边直通式迷宫密封的矩形空腔最佳深宽比为0.3,最佳深宽比与压差和节流间隙宽度无关。当压差过大或者节流间隙宽度过小,最佳深宽比对提高密封性能的作用不明显。     

往复式压缩机迷宫密封中空腔深度对泄漏量的影响分析

以某大型往复式压缩机中气缸与活塞间的迷宫密封结构为研究对象,以ANSYS Workbench为仿真平台,采用CFD计算流体动力学方法对迷宫密封中不同空腔深度下的密封结构内部流场进行模拟分析,揭示了流固耦合作用下空腔深度变化对迷宫密封性能的影响。分析结果表明:随着空腔深度的逐渐增大,密封空腔内的压力变化更加显著;密封腔壁面变形量呈先增大后逐渐减小再逐渐增大的趋势;泄漏量随空腔深度增加呈现先逐渐下降后急剧上升的趋势,并存在最佳的空腔深度值。     

指尖密封流动与变形三维双向耦合分析

针对指尖密封提出泄漏流动和固体变形的三维双向耦合计算方法。该方法采用多孔介质模型计算密封片组泄漏流场,将流场计算得到的压力分布加载到有限元模型上进行密封的固体变形计算,再根据变形计算结果更新多孔介质模型参数,重新计算泄漏流动;如此重复,直至泄漏流动和固体变形计算均达到收敛。采用该计算方法,对不同压差下指尖密封的泄漏流动与固体变形进行计算。计算结果表明：流动与变形的耦合计算经过3次迭代达到收敛;指尖密封结构的压降、泄漏及变形主要发生在指尖靴区域,密封片组的最大变形主要取决于径向变形;当上下游压差从0.1 MPa增大至0.5 MPa,密封片的最大径向变形增大约2%,最大轴向变形增大约400%,泄漏量增大约130%。     

弹性变形对泵用高速波度端面机械密封液体泄漏特性的影响

高参工况下密封环的弹性变形在一定程度上会影响密封性能。以波度端面机械密封为研究对象，考虑空化效应和弹性变形，对高速波度端面机械密封液体泄漏特性开展理论研究。采用有限差分方法数值求解密封的压力分布、开启力和泄漏量，重点分析密封端面波度几何参数以及密封工况参数对开启力和泄漏率的影响规律。结果表明：高速工况下波度密封端面空化加剧以及端面变形，使得密封端面承载力减小；当表面波度幅值较小时，考虑弹性变形时的密封开启力大于不考虑弹性变形时的密封开启力，而表面波度幅值大于0.2μm之后，两者呈现相反的结果；考虑弹性变形时的密封泄漏率则均大于不考虑弹性变形时的密封泄漏率；在弹性变形影响下，波度端面机械密封的密封性能主要受密封压力和密封间隙的影响；随着密封压力的增加，密封泄漏率增加；随着密封间隙的增加，考虑弹性变形前后的泄漏率差值逐渐减小。在文中计算条件下，弹性变形使得密封泄漏率增加可达50%以上。     

基于Fluent的上游泵送机械密封性能正交试验研究

提出一种斜线槽上游泵送机械密封,运用正交试验法设计上游泵送机械密封试验方案,基于Fluent软件进行数值模拟试验,分析各个试验参数对密封端面开启力和泄漏量的影响。结果表明:在试验参数的取值范围内,对开启力有显著影响的因素是槽数、径向夹角、槽深、液膜厚度、转速和压差,具体表现为开启力随着径向夹角、槽深、液膜厚度、转速和进出口压差的增大呈上升趋势,随着槽数的增多呈下降趋势;对泄漏量有显著影响的因素是槽深、槽宽比、液膜厚度、转速和压差,具体表现为泄漏量槽宽比、液膜厚度、转速和进出口压差的增大呈上升趋势,随着槽数的增多而呈下降趋势。依据正交试验分析结果,提出初步优化的密封端面结构参数。     

错齿式迷宫密封流场及泄漏量的数值分析

以某型大功率机车传动齿轮箱轴端迷宫密封为研究对象,采用GAMBIT软件建立错齿式迷宫通道的二维结构化网格模型,应用FLUENT软件模拟迷宫密封腔内流场分布及泄漏特性,分析转速、压比、空腔尺寸对迷宫密封性能的影响.研究结果表明:泄漏量随着进出口压比的增加而增加;转速对泄漏量影响很小;空腔尺寸对密封性能的影响较大.     

基于Newmark-β法的非接触式机械密封轴向振动研究

振动对非接触式机械密封性能有着重要影响,如导致碰撞和泄漏。构建包括静环-液膜-动环-弹性元件的密封系统模型,探讨自由衰减振动、自激振动和地震极端振动3种激励下,密封系统静环、动环和弹性元件的位移以及密封系统泄漏和碰撞的情况。研究表明：在不受外界激励的情况下,在自由衰减振动下密封系统轴向稳定性和密封性能良好;密封系统在受到简谐振动激振力形式的自激振动干扰后,系统位移量明显增大,会显著影响密封性能;叠加一定地震烈度的随机平稳地震动影响下,弹性元件位移量大幅增加,密封失效。振动对非接触式机械密封性能的影响显著,应确保密封端面间液膜厚度稳定且足够小,以维持密封系统的长周期运转。     

柱塞密封流体动力学特性研究

对柱塞在缸体的运动及其密封性能进行了研究,根据流动特点,对 Navier-Stokes 方程合理地确定边界条件并对其加以简化,使其客观地反映缝隙流的真实流动状态.并把它与有限元理论相结合,分析了柱塞在往复运动中的压力分布、泄漏量的变化规律以及密封元件的变形对密封性能的影响.理论计算与实验结果基本上是一致的,密封的初始端几乎没有压力降,而在密封的后端部压力急剧下降.而泄漏量的变化规律是,当压力达到某一数值时其泄漏量为最大,当压力继续升高时,泄漏量反而缓慢减小.密封件的初始端径向变形量非常小,而在密封的后端部径向变形量急剧增大.     

搅拌轴磁性流体密封结构可靠性实验研究

根据纳米磁性流体密封原理,设计了搅拌轴纳米磁性流体密封结构,对搅拌轴长径比、转速、励磁电流大小与密封性能关系进行理论计算和实验研究。理论计算表明所设计的搅拌轴纳米磁性流体密封结构是可靠的。实验结果表明:当磁性流体初始密封压差比较大时,随轴长径比的增大,密封压差迅速减小,而当初始密封压差较小时,轴长径比的增大对密封压差的影响较小;当轴的转速较低时,轴的转速对磁性流体密封性能影响不大;励磁电流大小与密封性能成正比,但随着电流的进一步增加,密封压差的增加变得不明显。     

刷式密封传热特性的数值研究

刷式密封在密封过程中会产生的大量摩擦热,影响到其密封性能,针对这一问题,采用数值分析的方法,研究了进出口静压比与背板结构对刷式密封传热特性的影响规律。首先,采用ANSYS软件建立了刷式密封的三维切片热分析模型,通过与实验数据对比验证了该模型的合理性;然后,研究了进出口静压比对刷式密封泄漏量以及刷式密封最高温度的影响,分析了刷式密封的压力场与流场分布情况;最后,在热分析基础上,对刷式密封温度场的分布情况进行了模拟分析,通过改变背板平衡腔的腔体形状、背板平衡腔体深度和下游保护高度,研究了背板结构对刷式密封温度场的影响规律。研究结果表明:随着进出口静压比的增加,刷式密封泄漏量以及刷式密封最高温度变化趋势逐渐变缓;平衡腔的腔体形状改变对刷式密封最高温度的影响有限;刷式密封最高温度随平衡腔体深度的增大而下降,下降趋势变缓;当下游保护高度低于1.2 mm时,随着下游保护高度的减小,最高温度出现的位置由末排刷丝尖端向前排转移,其数值大小呈指数规律上升。     

液压缸密封圈磨损量与内泄漏量的映射关系研究

基于修正后的Archard磨损方程结合间隙泄漏理论建立活塞密封磨损泄漏映射模型,利用Workbench有限元软件分析了活塞密封圈不同磨损程度对密封性能的影响及油液压力变化对密封泄漏的影响规律。结果表明:随着密封圈磨损程度增加,主密封面最大接触压力减小而密封宽度增大,液压缸内泄漏量呈指数级增加。该研究对活塞密封磨损状态评估与监测具有重要的理论指导意义。