浅谈骨架式油封密封失效及治理对策

通过对骨架式油封失效形式及失效机理的分析,提出润滑失效导致了骨架式油封根本性失效这一技术观点,基于研磨机理和润滑理论验证了这一观点,提出了解决思路,认为采取合理的技术手段,可以解决骨架式油封根本性失效这一制约大型减速箱实际工作寿命的瓶颈问题。     

考虑O形圈初始安装变形的浮动油封接触特性

为研究浮动油封O形圈初始安装变形的影响,基于Ansys Workbench平台建立浮动油封的二维轴对称有限元模型,并考虑O形圈初始安装变形进行非线性接触分析,研究不同油压、安装间隙、硬度对于O形圈的应力、接触压力、接触摩擦力以及浮封环端面支反力的影响。结果表明：考虑安装过程的情况下,O形圈并不是位于浮动油封中相对居中的位置,而是在浮动油封中部偏上位置,且O形圈的最大von Mises应力相比不考虑O形圈安装过程时更大,因此考虑O形圈安装过程更符合实际情况;油压升高造成最大von Mises区域变小变窄会加大裂纹失效的风险;最大接触摩擦力集中于浮封环端面处,且接触长度随油压增大不断增加;浮封环端盖y方向作用力的增速远超x方向作用力的增速;在恒定油压的情况下,应力随安装间隙的减小而增大,应力随硬度的增加而增大;浮动油封在2 MPa油压范围内,最大接触压力均大于油压,能保证浮动油封的自密封性。     

钛合金高压容器的失效机制研究

利用微观分析技术对一种TC4钛合金高压容器进行了失效机制分析。钛合金高压容器的断裂是由于高压气体突然冲破薄弱部位造成的，与其在冲击载荷作用下的断裂特征相似，且显为突发性断裂特征。     

低温往复O形圈失效机制研究

针对油气弹簧O形圈低温往复条件下普遍出现的失效现象,采用有限元方法建立O形圈摩擦力计算模型,研究常温与低温工况下O形圈的应力、接触宽度、摩擦力随油液压力的变化规律。结果表明,随油液压力的增加,常温下O形圈的应力、接触宽度、摩擦力均增大,而低温下Von Mises应力、接触宽度减小,接触应力和摩擦力增大;低温工况下O形圈的Von Mises应力、接触应力和摩擦力远大于常温工况;当油液压力大于12 MPa时,摩擦力随油液压力的变化率增加;低温工况下橡胶材料的玻璃化导致的O形圈拉力与摩擦力增大是其密封性能下降进而失效的主要因素,实际使用中必须予以考虑。     

混合润滑状态下旋转唇形密封的失效机制模型

为探究旋转唇形密封的失效机制,综合考虑流体、微凸体、弹性变形和温度对旋转唇形密封的影响,构建旋转唇形密封多场耦合模型,并基于多场耦合模型与关键点更新策略提出混合润滑状态下旋转唇形密封的磨损退化模型仿真方法。通过设计故障模拟试验,将试验结果与仿真结果进行对比,验证了仿真方法的有效性。结果表明：唇形密封件在初期磨损速率较大,之后趋于平缓;唇尖处接触压力最大,磨损速率最大。     

高压节流阀节流特征及流固耦合失效分析

以川东北地区高压裂缝性气藏开发钻井现场普遍使用的楔形节流阀为例,分析开度与节流面积、节流压降、流体速度的关系,并依据伯努利方程建立节流压降与开度、流体密度、进口流量的数学模型,采用workbench流固耦合数值模拟方法,对所述条件下的节流阀内部流场和阀芯应力分布对比分析。结果表明,楔形节流阀节流能力随开度的增大迅速减小,随流体密度、进口流量的增大而增大,在一定开度下,由于阀腔内流体的高速流动,阀芯变径台阶面与轴销连接孔位置处出现应力集中,同时阀芯节流面附近有明显漩涡产生,引起阀芯振动,容易导致断裂失效;当开度较小时,节流效果显著,含固相颗粒的流体容易造成节流阀堵塞,且高速流体对阀座冲刷引起刺漏,该分析结果与现场节流阀失效情况十分吻合。     

自由球冲击接触下管形体失效特征仿真分析

基于冲头与自由圆管碰撞过程的高度非线性,采用非线性显式有限元分析法对其进行了仿真计算.分析了圆管所受冲击力的时间历程曲线和圆管的变形情况;探讨了在不同速度下,冲头质量、管径厚比对圆管变形的影响.同时也分析了冲头对圆管碰撞时,导致圆管由弹性变形向塑性变形转化学的临界速度值.     

双唇型油封的密封性能及其结构优化

利用有限元分析软件模拟分析双唇油封主唇区域的静态接触压力分布,并与单唇油封的静态接触压力进行比较;同时分析双唇油封安装后副唇的位移和变形。结果表明:油封的腰部结构不同导致双唇油封主唇区域密封效果低于单唇油封;副唇的位移和变形导致在实际运行中副唇与旋转轴存在空隙,影响防尘效果。为改善双唇油封的性能,提出采用渐进式腰部结构代替原弓形腰部结构和采用较长的防尘唇的双唇型油封结构优化方案。结果表明:采用渐进式腰部结构的双唇油封的主唇口接触压力曲线更接近单唇油封,密封效果优于普通双唇油封;采用较长的防尘唇,且安装时使防尘唇与旋转轴之间具有一定的过盈量,可以使防尘唇在油封装配变形后仍保持与旋转轴接触,减少了防尘唇唇尖与旋转轴之间的空隙,能够有效地提升防尘效果。     

转速对旋转式唇形密封接触性能参数的影响

为研究转速对旋转式唇形密封圈接触性能参数的影响规律,采用ANSYS软件建立唇形密封圈在旋转离心力作用下的有限元模型,求解唇形密封圈的应力应变和接触性能参数.结果 表明,在研究的密封圈转速范围内,密封圈的应力应变集中作用在其腰部结构和唇口部位;随着转速的增加,密封圈接触宽度、接触压力最大值和径向力等接触性能参数呈现非线性...     

唇式密封圈摩擦特性及泵吸效应的实验研究

针对目前国内外关于唇式密封圈的研究偏重于模拟而实验工作相对较少的现状,在油封密封试验机上对不同规格的油封密封圈进行相关实验,测量摩擦扭矩、腔体温度、泵吸量等参数,计算出摩擦力、泵吸率并分析摩擦力、腔体温度及泵吸率的变化特点。结果表明:在相同转速下,随着油封规格的增大,摩擦力的总体波动幅度呈现出减小的趋势,腔体油温在实验前后的温差也随之增大,泵吸率呈现出上升的趋势;对于新安装的油封,在轴速为2 000 r/min的条件下,运行1 h左右才会显现出泵吸效应。     

旋转轴唇型密封圈的寿命预测研究

提出基于ABAQUS软件和疲劳分析软件FE-SAFE预测旋转轴唇形密封圈寿命的方法.以某型号减速器中的输入轴与轴承端盖间的旋转轴唇形密封圈为研究对象,通过构建预紧状态下旋转轴唇形密封圈的有限元模型,获得旋转轴唇形密封圈的过盈量和理论接触宽度与唇口最大接触压力之间的关系曲线;根据ABAQUS获得的应力,并结合材料应力-循...     

旋转轴唇形密封件磨损仿真分析

使用有限元分析软件Abaqus对旋转轴唇形密封件的磨损进行模拟,通过UMESHMOTION用户子程序来实现密封件的动态磨损过程和控制局部区域的网格自适应划分,并基于磨损因子模型来控制橡胶的磨损速率,得到了密封件唇口轮廓形状以及接触压力随时间的演化规律.通过计算所得的主唇口磨损深度与实验值进行对比,验证了仿真方法的有效性...     

新型聚四氟乙烯油封的研制

针对石化企业高温、高速、长寿命的要求,设计了一种新型改性聚四氟乙烯油封。这种油封具有非对称双唇结构,在唇口背部设有回油叶片,并在密封唇上开有螺旋回流槽。实验测试结果表明,这种新型油封具有非常优良的密封性能和使用性能,具有良好的推广应用价值。     

骨架式(切割唇)油封压模设计

骨架式橡胶油封模具的设计,最主要是对油封唇口尺寸的设计,由于主唇口处的橡胶的收缩受到骨架、橡胶材料、硫化工艺等多因素的影响,实际的收缩率很难把握.通过对实践工作进行归纳、总结,发现其变化规律,为大批量生产骨架油封模具的设计提供参考.     

径向金属密封唇部结构接触力学研究

由于初始过盈量和介质压力的作用,井下流量控制阀径向金属密封唇部的应力和应变梯度变化很大,很容易发生塑性变形。为研究径向金属密封唇部接触力学行为,提出径向金属密封唇部的圆弧结构,基于接触力学建立径向金属密封唇部轴对称结构的圆弧-平面接触模型,得出径向金属密封唇部结构接触力学参数的理论关系式,并基于有限元方法进行验证。径向金属密封唇部接触力学参数的理论解与数值解相符,接触宽度、最大接触应力、初始过盈量和平均接触应力的平均相对误差分别为8.86%、6.96%、8.88%和4.33%,满足工程设计要求。研究表明：径向金属密封唇部的最大接触应力与初始过盈量、径向金属密封唇部径向厚度和轴向厚度成正比,与径向金属密封唇部圆弧半径成反比,因此可通过增加初始过盈量、径向金属密封唇部径向厚度和轴向厚度来增加径向金属密封唇部的最大接触应力。研究结果为井下流量控制阀径向金属密封的设计提供了理论指导。     

盾构机唇形密封流固热耦合仿真研究

盾构机主驱动唇形密封性能直接影响整台盾构机的施工效率。盾构机主驱动唇封密封介质为润滑脂,工作时唇口温度可达50～60℃,为更好地预测唇封的密封性能,考虑润滑脂流变特性、唇口温度对流场分析、密封材料的影响,建立盾构机唇形密封流固热耦合仿真模型。利用流速分离法推导润滑脂二维雷诺方程,采用赫兹接触模型计算粗糙峰接触压力,结合有限元软件开展热力耦合分析,实现唇封温度场及摩擦力矩、泄漏率等关键性能参数的定量预测。结果表明：考虑温度场后唇封最大接触压力减小,接触宽度增大,摩擦力矩减小。温度对唇封应力应变状态及密封性能产生较大影响,这对盾构机主驱动唇形密封设计具有一定指导作用。