机械密封端面的动压效应研究

通过机械密封端面运动状况实验 ,讨论了机械密封端面倾斜而产生的动压效应对端面稳定的影响 ,提出动压作用下机械密封端面开启失效机理 ,分析了机械密封端面开启失效与动环密封圈摩擦力等各种因素的必然关系     

高速动压式胀圈密封温升变形及试验研究

针对高速旋转机械的高转速、低磨损和长寿命的要求,研制出非接触且磨损小的动压式胀圈密封,但是当密封设计不当时,密封环变形会严重影响其密封性能和稳定性,因此,本文针对动压式胀圈密封结构参数对温升、变形的影响展开分析。利用有限元分析软件建立流固热耦合分析模型,通过数值模拟和试验相结合的方法分析胀圈动静环主要结构参数对密封环温升、变形的影响规律,基于响应面法对密封进行多参数结构优化。研制出动压式胀圈密封的试验样机及试验系统,并进行实际运转试验。结果发现,动压式胀圈密封可大幅降低密封温升和摩擦磨损,从而提高其密封性能和稳定性;减小螺旋角、选择合适的槽坝比可降低密封环的温度峰值和变形峰值;减小轴向厚度可降低密封环端面温度和变形,减弱端面温度分布和变形分布不均的程度;增大压差可降低切口间隙端面的最大变形和变形不均的程度,增加转速可降低主密封面变形峰值。研究结果为解决旋转设备轴承腔的高速密封难题提供了新思路和新方法,为动压式胀圈密封的结构设计提供参考,并促进其性能提升和工程应用。     

工况对泵入型螺旋槽动压密封液膜汽化相变和密封性能的影响

液氧动压密封性能对液氧涡轮泵的工作效率及稳定性有很大的影响,为了研究不同工况下机械密封液膜的相变和密封性能,建立端面液膜汽化相变数值计算模型,分析液膜汽化的相变程度、相变区域分布和液膜汽化相变对泵开启力和泄漏量的影响。结果表明：工况参数对液膜的汽化相变有着一定程度的影响,随着动环转速、介质压力的增加,相变被抑制且最大相变体积分数发生在压力出口处且范围逐渐减小,最大相变压力逐渐增加,开启力和泄漏量不断增大;介质温度升高会促进相变的发生,最大相变体积分数发生在压力出口处且范围逐渐增加,最大相变压力不断减小,开启力和泄漏量不断减小。液膜的汽化相变会对密封性能产生直接的影响,合理选择密封工况,可有效利用和控制相变,提高密封性能。     

辅助密封影响下机械密封端面变形行为的研究

采用整体接触有限单元法,考虑"O"型辅助密封圈的影响,计算了不同压力下机械密封端面变形行为.结果表明:密封端面变形造成发散型密封间隙,高压下变形较大,密封性较差;辅助密封圈对与之接触的动环变形影响较大,在低压时其端面变形与压力呈非线性关系,而在高压时呈线性关系;为减小端面变形,应对密封环结构进行合理设计,限制辅助密封圈处的密封间隙大小.     

计入热弹变形的周隙密封性能研究

对周隙密封进行热弹流研究,分析周隙密封的流场、压力场和温度场。计入热弹变形的作用,比较不同参数如转速和不同密封瓦材料等因素对密封性能的影响。研究表明:密封瓦热膨胀变形非常显著,密封瓦体的热变形为向瓦体外部膨胀,使密封瓦油膜间隙变大,泄流量增大;随着转速的升高,密封瓦的侧泄流量和温升均迅速增加;使用热膨胀率较低的碳碳复合材料,将使密封瓦的侧泄流量和功耗大大降低。     

倾斜微孔密封端面气体润滑动压效应实验研究

对密封压力影响下倾斜微孔端面的气体润滑动压效应进行了实验研究,采用石墨动环和SiC静环配副实现旋转气体润滑。静环试件端面加工有与直径成一定倾斜角度的椭圆微孔,实验中对4种微孔端面的气体润滑膜厚度进行了测量,分析了密封压力和转速对气膜厚度的影响规律。结果表明:转速越高,气膜厚度越大,动压效应越强;密封压力越高,动压效应对膜厚的影响越小;双列倾斜微孔端面的动压效应优于单列倾斜微孔端面的动压效应。     

双向旋转树型槽密封端面气膜动压特性

基于气体润滑理论,建立了双向旋转树型槽干式气体端面密封的数学分析模型,对比了双向旋转树型槽与螺旋槽密封端面的压力分布,讨论了树型槽的动压开启特性,以及操作参数对密封特性参数的影响规律。结果表明,双向旋转树型槽干气密封不仅能够实现双向旋转,而且具有较好的动压效应。双向旋转树型槽干气密封的动压效应受压缩数、密封压力等操作参数及端面间气膜厚度的影响显著,压缩数增加,动压开启能力增强;密封压力增加,动压开启能力降低。     

高速箔片端面气膜密封热质传递规律研究

为探究高参数弹性箔片端面气膜密封热性能并开展结构优化设计,基于流体仿真分析软件,建立箔片端面气膜密封热性能分析模型,考虑空气介质实际气体效应影响,研究密封端面气体流动和传热特性,分析不同工况和结构参数对密封端面各流体、固体域最高温度和平均温度的影响。结果表明：箔片端面气膜密封热量主要集中分布在平箔片和密封坝上;随着转速的上升或入口压力、最小气膜厚度的减小,密封环组件各流体和固体域平均和最高温度增大;各流体和固体域平均和最高温度随楔形高度和节距比的增大而减小。     

机械密封热变形研究进展

机械密封是旋转机械中常用的一种轴密封,受力情况复杂,工作条件非常恶劣,介质压力和弹簧力的作用使得密封端面产生机械变形,端面容易呈现局部接触,当机械密封动环以高速旋转时,端面间的接触摩擦和端面对液膜的粘切作用而产生热,引起密封端面温升和热变形.端面热变形是密封失效的主要原因之一.从密封环温度场、变形、耦合变形、优化等方面综合评述了机械密封热变形的研究现状,分析存在的问题,最后指出进一步的研究方向.     

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。     

水深变化对船用机械密封端面变形的影响

机械端面密封常用于深吃水的水面船舶和深潜水的潜艇的艉密封.研究了水深变化对船用机械端面密封端面变形的影响,结果表明:水深变化将引起密封结合面之间接触力和摩擦热的变化,改变了动静环密封面之间的接触变形和接触应力;密封环接触面上的接触变形和接触应力均随着水深增加而增加,但密封环外周的应力与应变比内周的应力与应变增加快,即动静密封环在水深增加的情况下,由内周紧密接触变为外周紧密接触,偏磨会由内圈转移到外圈.     

高压锅炉给水泵流体动压机械密封的研究

针对高温高压锅炉给水泵的机械密封端面容易出现磨损或烧损的问题进行分析和研究。阐述流体动压机械密封的工作原理、密封辅助系统的优选以及对高温高压机械密封和换热器的精确设计计算。实践结果表明该高压热水泵流体动压机械密封使用情况良好,并广泛应用于高压热水泵的实际生产中。     

动压推力轴承的三维热弹流润滑特性分析

本文提出了一种基于双向流-固-热耦合的动压润滑推力轴承三维热弹流润滑特性数值计算方法,并应用于某大型泵用推力轴承的设计分析。通过建立推力轴承的双向流-固-热耦合数值计算模型,求解其三维热弹流特性,得到了额定工况下的液膜厚度分布、液膜压力分布以及轴承主要部件的温度分布和综合热弹变形等。分析结果表明:润滑液膜在厚度方向上的压力梯度近似为零,但存在着较大的温度梯度,综合热弹变形使螺栓支撑巴氏合金瓦推力轴承瓦面呈上凸变形,推力盘下表面呈下凸变形。     

超临界二氧化碳气体端面密封阻塞效应研究

为了分析超临界二氧化碳气体临界状态大幅度物性参数变化和偏离理想气体的真实气体效应对干气密封性能的影响,建立螺旋槽干气密封端面微尺度三维流动模型,分别采用Fluent软件中二氧化碳的实际气体模型和理想气体模型求解密封端面流动方程。数值模拟结果表明:考虑超临界二氧化碳实际气体效应时,端面更容易发生阻塞工况;气膜间隙和转速增大,阻塞效应增强,但温度升高,阻塞效应减弱;在阻塞工况下,密封开启力和泄漏量均随着气体温度、转速增加而降低。     

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。     

磁流体端面动压润滑特性的试验研究

以非接触式机械密封为原型,建立磁流体端面动压润滑试验装置,研究转速、被密封介质压力、磁场强度对液膜润滑特性的规律;同时基于Muijderman窄槽理论,建立磁流体动压润滑特性的解析计算方法,并将解析计算结果与试验结果进行对比分析。结果表明:随转速和被密封介质压力增大,摩擦扭矩、泵送量均增大,而膜厚均减小;随着磁场强度增大,摩擦扭矩增大,泵送量和膜厚减小;相比于转速和密封介质压力,磁场强度对磁流体的动压润滑性能的影响尤为显著,因而当工况变化时可以通过调节磁场强度使密封性能始终保持在最佳工作范围。解析计算方法得到的结果与试验结果基本趋势一致,即验证了试验方法的可靠性,也表明提出的解析计算方法可用于流体动压润滑性能的预测。     

干气密封热变形影响因素分析

热变形是影响干气密封性能、使用寿命及密封失效的主要原因之一.以某合成气压缩机T型槽干气密封稳态时动环的热变形分析为例,基于有限元分析软件ANSYS,详细研究了工况参数、材料参数、几何参教等对密封环热变形的影响.数值模拟结果表明:低速工况下密封环热变形较小,约束条件和几何形状对密封环端面热变形曲度影响更为显著,几何参数对密封环端面变形影响比材料参数更大;并得出了各因素对密封端面热变形量和热变形锥度影响的因次顺序.分析结果对于密封环变形的控制、密封设计及优化具有指导意义.     

端面机械密封的研究现状

为了提高端面机械密封工作性能的可靠性并延长其使用寿命,以其主要影响因素磨损为切入点,对目前实际使用的端面机械密封从密封机理方面进行了分析。分析结果表明:端面机械密封的密封机理集动压润滑与泵送为一体;利用动压效应和泵送效应是端面机械密封发展的趋势,另外对于螺旋槽式机械密封,借助离心力作用实现了泄漏流体的反泵送,促进了机械密封向零泄漏的发展。在摩擦副接触面形成楔形几何空间是产生动压效应和泵送效应的必要条件,使用微造型技术可获得楔形几何空间。     

不同材料配对机械密封的端面摩擦特性试验研究

以硬质合金YG8为动环,分别配对20%石墨填充聚四氟乙烯、碳石墨和SiC环组成3组密封副进行摩擦特性试验,获得32#液压油中3组密封副的工况参数与摩擦因数关系的包络线。试验表明:SiC-YG8组对的磨损量最小,摩擦因数最大;碳石墨-YG8组对的磨损量最大,摩擦因数最小;20%石墨填充四氟-YG8组对具有较小的磨损量和摩擦因数。机械密封端面摩擦特性取决于动静环配对材料和摩擦磨损条件,包括端面载荷、滑动速度及润滑介质性质等因素,利用工况参数与摩擦因数关系的包络线可以判断某一润滑介质条件下机械密封的端面摩擦特性。