表面织构底部构形对液体润滑机械密封性能的影响

表面织构负压区“空化”行为严重影响织构化密封端面整体密封性能。采用激光加工技术在碳化硅密封环端面制备出平底、左倾斜、右倾斜等3种底部形状的正方形凹坑织构,通过自主搭建的高速密封试验机开展试验,研究不同转速和轴向载荷条件下底部构形对端面摩擦系数、泄漏量及温度等密封性能参数的影响;利用Fluent17.0软件模拟分析3种底部构形截面的压力和流线分布。结果表明：随转速及轴向载荷的增大,底部左倾斜织构能显著减小端面摩擦系数和抑制泄漏,降低密封端面热量,有效改善机械密封性能;轴向载荷为110～140 N,转速在7 000 r/min时,底面左倾斜织构可获得最佳的综合密封性能;底部左倾斜织构入口处的负压区面积显著减小,流体介质的“空化”行为得到有效抑制,织构区域内流线复杂而紊乱,回流更强烈,流体微动压效应更明显。     

流体静压型机械密封轴向振动特性分析

摘要：根据机械动力学原理,建立静环轴向振动方程和端面液膜压力微分方程,并求出液膜压力的解析表达式和静环轴向位移表达式。在假设不受系统外力干扰的条件下,分析静环端面结构参数（转折半径和端面锥角）在轴向微小扰动的情况下对液膜刚度、液膜阻尼和静环轴向振动特性的影响。结果表明：随着转折半径的增大,液膜刚度变小,液膜阻尼增大,振动阻尼从弱阻尼向过阻尼状态转变;随着端面锥角的增大,液膜刚度减小,液膜阻尼减小,振动阻尼从过阻尼向弱阻尼状态转变。     

泵用机械密封端面摩擦因数试验研究

泵用机械密封在运行过程中最常见的现象是端面间的摩擦,端面的摩擦因数是表征摩擦特性的关键参数.从微观角度探讨了机械密封端面摩擦因数与摩擦状态的关系.在自行研制的机械密封计算机辅助试验装置上对泵用GY70型机械密封的端面摩擦因数进行了试验研究.结果表明,随着弹簧比压的增大,摩擦因数增大;当弹簧比压较小时,随着转速的增大,摩擦因数以较快的速度增大,当弹簧比压达到0.0866MPa后,转速对摩擦因数几乎无影响;当转速及弹簧比压都较小时,介质压力对摩擦因数的影响很小,当转速较大或弹簧比压较大时,随着介质压力的增大,摩擦因数减小.     

高温振动下聚四氟乙烯垫片的松弛与泄漏测试

设计了一种高温下垫片密封性能的测试系统,研究了在100 ℃时小幅位移控制振动及静态松弛条件下聚四氟乙烯垫片的应力松弛和密封性能,并讨论了载荷比为0.99时3种最大压缩量对聚四氟乙烯垫片的动态应力松弛和泄漏行为的影响,以及在同上最大压缩量下的静态应力松弛和密封性能. 结果表明,100 ℃下聚四氟乙烯垫片的动态应力松弛率随最大压缩量增大而增大,静态应力松弛率随最大压缩量增大有缓慢减小;在静态和动态试验的初始20 s阶段内,应力迅速下降,表现明显的应力松弛,而动态试验更明显;动态松弛实验前后的压差变化约是静态松弛试验的1.1倍.     

工况自适应机械密封结构设计与试验

石油化工装置泵用机械密封多为正压单一流体膜设计 ,在装置启动或调节过程中 (过渡过程 ) ,密封腔压力将随装置当时操作条件变化而变化。如果装置抽空操作密封腔出现负压改变了机械密封动静环设计使用条件下的力平衡关系 ,摩擦副轴向可能仅受弹簧力和大气压力作用。如果大气压力作用产生的轴向力大于弹簧力会使摩擦副产生轴向位移 ,造成静环辅助密封圈脱离环座 ,诱发密封失效。过渡过程还可能诱发机械密封端面分离 ,原因在于过渡过程中密封腔压力下降 ,介质气化 ,密封配合面间的流体膜发生相变膜压的合力增大 ,推开密封面 ,也可能使气化后的密封面处于干摩擦状态 ,密封失效。为防止摩擦副整体位移 ,提出了利用波纹管有效作用直径同密封面的内外径相协调的设计结构 ,保证大气压力产生的轴向推力始终与弹簧推力同方向。同时 ,进行了理论分析和试验 ,证明结构可行     

工况自适应机械密封结构设计与试验

石油化工装置泵用机械密封多为正压单一体膜设计,在装置启动或调节过程中（过渡过程）,密封腔压力将随装置当时操作条件变化而变化。如果装置抽空操作密封腔出现负压改变了机械密封动静环设计使用条件下的力平衡关系,摩擦副轴向可能仅受弹簧力和大气压力作用。如果大气压力作用产生的轴向力大于弹簧力会使摩擦副产生轴向位移,造成静环辅助密封圈脱离环座,诱发密封失效,过渡过程还可能诱发机械密封端面分离,原因在于过渡过程中密封腔压力下降,介质气化,密封配合面间的流体膜发生相变膜压的合力增大,推开密封面,也可能使气化后的密封面处于干摩擦状态,密封失效。为防止摩擦副整体位移,提出了利用波纹管有效作用直径同密封面的内外径相协调的设计结构,保证大气压力产生的轴向推力始终与弹簧推力同方向,同时,进行了理论分析和试验,证明结构可行。     

高速动压密封的气液两相性能对比分析和试验

为明确气相介质和液相介质分别对高速流体动压密封性能的影响,进行两种相态的密封性能对比分析与试验研究.分别建立动压密封端面流体域的气相和液相数值分析模型,分析转速、压差、槽深、槽数、槽坝比等操作参数和端面结构参数对动压密封气相和液相的泄漏量、开启力等性能的影响.自主研制动压密封试验装置,进行变转速、变压差和密封端面磨损试验,得出了转速、压差等操作参数对密封气相泄漏率、液相泄漏率和端面磨损率的影响.数值模拟和试验研究结果表明:相同的转速和压力时,液相密封开启力和泄漏量都比气相密封更大;不同结构参数下,气相和液相密封开启力均有极大值,气相密封和液相密封开启力达到极大值的最优结构参数有所不同,液相密封的最优槽坝比、最优槽数较气相密封小,液相密封开启转速较气相密封低,说明液相动压密封比气相动压密封更容易开启;低速时密封端面磨损较严重,高速时密封端面几乎无磨损,动压密封更适合在高速工况下运行.     

含杂质CO2干气密封运行工况点物性参数计算及密封温度场分析

在“碳达峰、碳中和”背景下,二氧化碳（CO₂）捕集利用与封存（carbon capture, utilization and storage,CCUS）技术作为减少CO₂排放的最有效策略已成为世界关注的热点。针对应用于CCUS技术中的离心式压缩机,以螺旋槽干气密封为研究对象,含杂质CO₂为润滑介质,基于EOS–CG（equation of state for combustion gases and combustion gas-like mixtures）模型获得干气密封运行工况范围内含杂质CO₂混合物密度、焓值、声速及焦耳–汤姆逊系数等热力学参数;考虑实际气体效应、黏温压效应、阻塞流效应、离心惯性效应及润滑介质与密封端面间的对流换热,采用有限差分法耦合求解雷诺方程、能量方程及密封环热传导方程,获得含杂质CO₂干气密封压力场、温度场、开启力、泄漏率等稳态性能参数。结果表明：当温度一定时,密度随压力的增大而增大,焓值、焦耳–汤姆逊系数随压力的增大而减小;当压力一定时,密度随温度的增大而减小,焓值随温度的增大而增大,在较低压力区域,声速随温度的增大而增大,焦耳–汤姆逊系数随温度的增大而减小;当密封进口压力为12 MPa、进口温度为380 K、转速为15 000 r/min时,含杂质CO₂干气密封出口压力为1.9 MPa,气膜进出口温差约为23 K,密封环端面内外径温差约为10 K;以转速、进口压力、进口温度为变量时,气膜温度、密封环端面温度随转速、进口温度的增大而增大,随进口压力的增大而减小;开启力随转速、进口压力、进口温度的增大而增大;泄漏率随转速、进口温度的增大而减小,随进口压力的增大而增大。     

波纹换热管的非线性有限元强度分析

用ANSYS有限元程序对波纹换热管强度进行非线性分析,列举3种载荷工况,从中得出波纹管一个周期内轴向应力以及径向应力的分布规律,并对结论进行讨论,总结出位移以及内压载荷对波纹管应力分布的影响.     

椭圆型表面织构对机械端面密封动压性能的影响

根据表面织构可以有效改善相对运动表面的摩擦学性能,建立均匀分布的椭圆型微凹坑机械端面密封的理论模型,采用有限差分法对流体动压润滑方程进行求解,获得密封端面间气膜的无量纲压力分布,研究椭圆倾斜角α和形状系数t对压力分布的影响,并考察整个密封端面的平均无量纲压力Pav。结果表明:当t≥1时,密封端面平均无量纲压力Pav随着倾斜角α的增大呈现减小趋势,反之t1时呈增大趋势;不同倾斜角α下,Pav随着形状系数t的增大先增大后减小;通过选择合理的椭圆倾斜角和形状系数,相比于圆凹坑端面可提高约7%的平均无量纲压力。     

干气密封环磨合过程摩擦振动信号混沌特性分析

磨合对防止干气密封环端面发生咬合、延长密封环使用寿命等具有一定影响,因而研究干气密封环在磨合过程中的变化特征,识别磨合状态有着重要意义.利用集合经验模态分解法(EEMD)提取端面间的摩擦振动信号,通过相空间重构,得到了摩擦振动信号的相轨迹和混沌参数.利用主分量分析法(PCA)和最大Lyapunov指数判别法,验证摩擦振...     

深海带电插拔连接器力学特性分析

以水下7 000 m工况的深海带电插拔连接器为研究对象,旨在获得湿插拔连接器在深海双重高压下的受力特性和插拔过程中的动密封性能。介绍连接器的插头结构与压力补偿技术;推导压力补偿器工作容积的计算公式;运用Ansys Workbench建立插头内壳体组件与插孔组件的动密封有限元模型,对内壳体、压力平衡膜及内胆进行强度计算;分析由连接器插拔引起的平衡膜内外瞬时压差对膜的应力分布及变形情况;讨论密封件径向压缩量、密封接触面摩擦因数、插拔速度对插拔过程中动密封性能的影响。结果表明:插头插合时,平衡膜外表面应力基本不变,其变形减小;拔出时,平衡膜外表面的应力及变形都逐渐增大。密封件之间的接触压力受密封接触面过盈配合量的影响明显,增大过盈配合量可显著提高动密封区域的接触压力及密封性能,同时也会加剧密封件失效的可能性,密封接触面的摩擦因数、插拔速度对接触压力的影响则较小。     

深海带电插拔连接器力学特性分析

以水下7 000 m工况的深海带电插拔连接器为研究对象,旨在获得湿插拔连接器在深海双重高压下的受力特性和插拔过程中的动密封性能。介绍连接器的插头结构与压力补偿技术;推导压力补偿器工作容积的计算公式;运用Ansys Workbench建立插头内壳体组件与插孔组件的动密封有限元模型,对内壳体、压力平衡膜及内胆进行强度计算;分析由连接器插拔引起的平衡膜内外瞬时压差对膜的应力分布及变形情况;讨论密封件径向压缩量、密封接触面摩擦因数、插拔速度对插拔过程中动密封性能的影响。结果表明:插头插合时,平衡膜外表面应力基本不变,其变形减小;拔出时,平衡膜外表面的应力及变形都逐渐增大。密封件之间的接触压力受密封接触面过盈配合量的影响明显,增大过盈配合量可显著提高动密封区域的接触压力及密封性能,同时也会加剧密封件失效的可能性,密封接触面的摩擦因数、插拔速度对接触压力的影响则较小。     

高温油泵波纹管式机械密封故障分析及改进

通过对波纹管式机械密封的端面比压和摩擦副环变形分析，说明了热油泵的密封故障是端面比压过低及静环受轴向力变形而引起的．对密封重新选型并改进了结构，解决了问题     

Thermoelastohydrodynamic behaviour of inclined-ellipse dimpled gas face seals

The thermoelastohydrodynamic performance of an inclined-ellipse dimpled gas face seal is analyzed. The pressure distributions of the gas film and temperature fields of the seal rings and gas film are presented considering thermal and elastic distortions.Then, the influences of texturing parameters, including dimple inclination angle and dimple depth, on sealing performance are investigated under different operating parameters such as rotational speeds and seal pressures. The results show that face distortions lead to a decrease in the hydrodynamic effect at high rotational speed. The analysis shows that the opening force can decrease by more than 50% as the rotational speed increases from 0 to 35000 r min~(-1). The influence of face distortion on the seal performance, such as opening force and leakage characteristic, gradually increases with the rotational speed.     

机械密封环温度场的有限元分析与试验研究

推导了用于机械密封环温度场计算的有限元方程 ,并编制了相应的计算软件 通过试验和理论计算研究了转速和密封面宽度对密封环端面温度的影响 通过分析发现 ,转速和密封面宽度都是影响端面温升的重要因素 ,采用窄的密封面 ,可以明显地降低端面温升     

深槽端面机械密封热流体动压特性的近似计算

建立了一个以过热水为工作介质、以平行端面为密封面的物理模型,给出了流体动压机械密封的端面密封面流量、端面温升、端面承载能力、端面摩擦功耗和膜压系数等性能参数的计算方法．通过验证,表明这种方法是可靠、合理的,可为进行类似条件下的密封研究提供一种参考。     

柱塞泵密封圈有限元分析

用有限单元法对柱塞泵密封圈进行了分析,获得了橡胶密封圈与柱塞间接触应力的分布规律以及接触应力与工作介质压力的关系。计算表明:橡胶密封圈在工作介质压力的作用下,有"偏离效应"的存在,即在密封圈的接触宽度上,唇部受拉伸,根部受压缩,主密封在靠近唇部位置;同时,主密封带的位置不随工作介质压力的变化而变化,且最大接触应力与工作介质压力之比为1 23。为润滑状态和密封机理的分析提供了计算依据。