抛物线型流体静压型机械端面密封数值分析

以小型水下航行器艉轴用机械密封为研究对象,提出了抛物线型流体静压型机械端面密封(PHS-MS)二维轴对称模型;兼顾流体粘度随压力和温度的变化,采用有限差分法对Reynolds方程、能量方程、热传导方程及其他控制方程组成的耦合数学模型进行了数值计算;在相同的几何与环境参数下,通过PHS-MS与传统锥形(锥角β)流体静压型机械端面密封(CHS-MS)密封性能对比,表明在同等开启力下,PHS-MS泄漏量更小,提高了小型水下航行器运行的安全性及航程;研究了几何参数对PHS-MS密封性能的影响规律,获得了最优几何参数。     

收敛楔形间隙中流体流动的数值模拟

分析了流体动力润滑的基本机理以及形成条件。采用计算流体力学(CFD)软件对收敛楔形间隙中流体的稳态、一元流动进行了数值模拟，得到了间隙中流体膜的压力分布和速度分布。数值模拟与解析计算的结果基本吻合，表明采用数值模拟可以得到正确的结果。     

多锥角收敛间隙流体静压密封的数值分析

根据单锥角收敛间隙流体静压密封模型,提出多锥角收敛间隙流体静压密封的结构,建立双锥角和三锥角流体静压密封端面间液膜数值分析模型,采用Fluent流体分析软件计算得到端面间的压力和速度分布,分析工作参数如转速、压力,密封结构参数如锥角等对密封性能的影响。结果表明:双锥角或三锥角模型,当其任意一个锥角增大,泄漏量和开启力都增大;越靠近内径的锥角大小对密封性能的影响越大;转速对密封性能影响不大;增加锥角数量,可改善压力分布,提高开启力。     

流体静压型机械密封中辅助密封位置对密封性能的影响

辅助密封是静压型机械密封重要的组成部分,其位置变化会对高压条件机械密封的性能产生重要影响,针对该问题,本文考虑密封组件之间的多体接触关系与O形圈辅助密封的影响,建立了静压型机械密封的热流固耦合计算模型。基于此模型,分析了机械密封性能随辅助密封位置参数变化的规律和机理,对比了不同安装部位O形圈位置参数的敏感性程度。结果表明,不同安装部位O形圈的位置参数对机械密封性能影响程度显著不同,其中密封环背部O形圈对密封性能影响极大,其泄漏率的平均变化率为2.06,因此在设计和制造过程中需特别注意。     

收敛锥面型静压密封流场数值分析

为研究静压式机械密封端面几何形状(收敛面宽度、收敛角度)和工作参数(转速)对密封性能的影响,使用简化的二维模型对收敛锥面型密封端面流场进行数值模拟。计算结果表明:随着收敛面宽度的增加,端面开启力、泄漏量和液膜轴向刚度都相应增加,并在宽度较小的范围内增加趋势较为明显,增大到一定程度后趋于恒定;随着收敛角度的增大,端面开启力和泄漏量同样逐渐增大,并在角度增加到一定程度后趋于不变,而轴向刚度呈现先增大后减小的变化趋势,并在很小的角度范围内变化就很明显,因此为了达到一定的液膜刚度,须控制收敛角在有效尺寸范围内(为0.03°～0.05°);密封面相对转速的变化对密封性能参数影响较小。     

流体静压型核电主泵轴密封的研制

针对核主泵轴密封具有承受高压、高PV值、高可靠性的特点,尤其是第一级流体静压密封承受大部分的压差(15.5MPa),是整个主泵轴密封中难度最高和技术最复杂的关键性瓶颈,为此首先以第一级密封为突破口作了较深入的研究。完成了第一级密封试验样机、试验台及系统的研制与试验,第二、三级密封试验样机的研制,整套主泵密封的试验。已完成的试验项目指标基本达到设计技术指标,为今后进一步深入研究打下了很好的基础。     

流体静压机械密封动力学性能分析

机械密封动力学性能对密封系统稳定性有很大的影响,微小的振动会导致密封泄漏量增加和端面磨损加剧。根据机械动力学基本原理,建立了流体静压机械密封轴向、角向振动的动力学耦合方程,并通过简化将其转化成相互独立的单自由度二阶微分方程。结合辅助密封圈的动态参数求解方法,通过MATLAB编程求出系统在内部微小扰动作用下,密封环在轴向和角向的动态响应曲线。分析表明,综合考虑振荡频率和振动幅度等因素,端面锥角保持在大于或等于2’的附近范围内,转折半径保持在大于或等于130mm的附近范围内,密封系统能够保持较好的稳定性。     

流体静压型机械密封的半解析式流固耦合模型

提出一种适用于流体静压型机械密封的半解析式流固耦合分析模型.根据典型流体静压型机械密封的结构特点和工作原理,在圆环变形理论的基础上发展求解密封环机械变形的解析方法,以有限元法验证其正确性并确定其适用范围.以密封环机械变形和间隙流场计算的解析方法为基础,以密封环变形偏转角作为流体域和固体域的计算传递参数,提出流体静压型机械密封的半解析式流固耦合模型.基于所提出的半解析式流固耦合模型,求得某一工况条件下的压力分布、泄漏率和液膜刚度等参数,并与纯流场计算结果进行对比.并进一步研究密封端面初始锥角和螺钉预紧力等因素对密封性能的影响规律.所研究内容为流体静压型机械密封的流固耦合研究提供一种便捷、高效的方法.     

端面周向波度密封中流场的数值模拟

建立端面周向波度密封密封端面间液膜流场的数值模型,采用计算流体力学软件FLUENT对密封间隙中的液膜进行三维数值模拟,得到液膜流场的压力分布,求得密封的泄漏量、开启力和刚度等密封特性参数,分析密封几何参数(如波幅、波数、密封环坝区的宽度与密封环宽度之比)对密封性能的影响.结果表明:随着液膜厚度的增加,开启力减小,泄漏量增大;密封几何参数对密封特性参数的影响存在一定的规律,如波幅越大、波数越多,密封环端面的流体动压效应越明显,而随密封环坝区的宽度与密封环宽度之比的增加,开启力、泄漏量和刚度都减小.     

热冲击对流体静压型机械密封性能影响的研究

考虑密封介质粘度随压力和温度的变化,建立了流体静压型机械密封的流体润滑理论模型,采用有限差分法对广义Reynolds方程、广义能量方程、热传导方程等控制方程进行耦合求解,获得了介质温度瞬时升高对机械密封温度分布及密封性能参数的影响规律。结果表明,密封介质温度瞬时升高使端面开启力先增大后减小,泄漏率增大,液膜中各点温度值升高,而摩擦力减小,随着时间延长最后各密封性能参数均趋于稳定值;当热惯性系数较小时,开启力和泄漏率初始阶段增大趋势快,摩擦力减小趋势快,对于不同热惯性常数,密封性能参数达到的稳定值不变。     

间隙密封液压缸活塞杆静压支承特性仿真分析

通过Fluent软件对伺服液压缸活塞杆处的静压支承密封流场进行建模仿真,分析静压支承密封流场的压力分布、泄漏量、活塞杆在静压支承密封处所受摩擦力和承载力等以及随活塞杆轴向运动速度的变化。     

水润滑轴承螺旋密封性能的仿真分析

针对水润滑立式高速液压主轴存在的端部泄漏问题,提出了以螺旋密封为主要密封方式的密封方案.并采用有限体积法,对不同工况下螺旋密封内部流场进行了非定常紊流数值模拟.研究了螺旋密封结构几何参数及转速和间隙与密封效果之间的关系.结果表明在紊流状态下,随着转速的增大,螺旋密封有效浸油长度减小,但伴随着会出现明显的气吞现象.同时,偏心率对密封效果影响也较大.     

核主泵流体静压机械密封端面流场性能分析

根据流体力学基本原理,考虑密封环的运动,建立静压机械密封端面流场的Reynolds方程,分析流场流动类型,建立液膜径向压力、液膜刚度、阻尼的表达式,分析结构参数对液膜压力、液膜刚度和阻尼的影响,利用最小二乘法得到稳定状态下液膜压力沿径向的分布曲线。通过MATLAB编程计算得到液膜刚度和阻尼随端面锥角和转折半径的变化曲线。结果表明:刚度随着转折半径的增大而减小,随着端面锥角的增大而减小;阻尼随着转折半径的增大而增大,随着端面锥角的增大而减小。端面锥角值应该在2'附近取值,转折半径应在130~140 mm之间取值。     

静压式干气密封温度场数值模拟及试验研究*

密封环端面温度是影响静压式干气密封性能的重要因素,可以直接表征密封的工作状态。采用有限元分析软件,通过求解传热方程的方法,建立静压式干气密封环的温度场分析模型,分析异常接触条件下与正常工作条件下密封环端面的温度分布及特点。结果发现：异常接触条件下的密封环端面温度比正常工况条件下高约766%;膜厚增加会使密封环端面温度小幅下降,转速增加会使密封环端面温度大幅升高;腔体压力升高会使端面温度小幅下降,腔体温度升高也会使端面与腔内温差增大。分析温度场对密封性能的影响,发现随着温度的增加,密封开启力缓慢增加,而泄漏量和刚度均有所下降。提出通过温度监测的方式对密封运行状态进行实时监控的方法,并通过试验验证了该方法的可行性。     

收敛楔形间隙在杆管中形成动压润滑油膜的研究

为减少抽油杆与油管之间的偏磨,建立了收敛楔形间隙在杆管间的液体动压润滑数学模型,依据雷诺方程导出了油膜压力的计算公式,分析了影响油膜力大小的因素.结果表明:在收敛楔形间隙某一高度处,油膜压力沿圆周方向的分布是在间隙最小处油膜压力最大,在间隙最大处油膜压力最小;收敛楔形间隙在某一偏角处,沿轴向方向,随轴向高度的增大,油膜压力逐渐增大,增大到一定数值,油膜压力又逐渐减小.