螺旋槽机械密封液膜流场的动力特性分析

以外侧开槽的螺旋槽机械密封动静环端面间的流体膜为研究对象,建立其三维的有限元周期模型,运用流体力学(CFD)软件Fluent对流场的动力特性进行数值模拟,得到液膜的压力以及开启力的分布规律,并与解析计算得出的结果进行比较,结果表明:模拟值和解析值比较吻合,从而得到合理的液膜数值模拟方法;然后以此模型为基础,数值模拟了工况参数(转速、压差、黏度)和螺旋槽参数(螺旋角、槽深)对液膜流场的泄漏量、摩擦扭矩以及动压特性和开启力的影响规律,研究结果为螺旋槽机械密封的设计提供了有益的参考。     

上游泵送螺旋槽机械密封优化设计

不同尺寸密封环结构参数选取也不一样。通过Fluent软件仿真出压力分布,探讨3个主要参数的选取趋势。为了进一步提高螺旋槽上游泵送的密封性能,对螺旋槽的结构进行优化,保持坝区和堰区不变, 仅改变螺旋槽底部形状及螺旋槽形态,将等深螺旋槽变成收敛型渐深槽。对比分析等深槽、不等深槽的密封性能,结果表明：收敛型锥度不等深槽密封性能最佳。在此基础上,研究结构参数对收敛型渐深槽密封性能的影响     

考虑涡动工况的螺旋槽液膜密封性能分析

为进一步探索液膜密封性能影响机制,以上游泵送螺旋槽液膜密封为研究对象,基于满足质量守恒的Schnerr-Sauer空化模型,建立密封环涡动模型并基于圆形涡动轨迹,探讨了不同操作工况如压差、转速和膜厚时,涡动方向对密封性能和液膜空化影响。结果表明：正向涡动在变压差和变转速时均可提升液膜承载能力但加剧了泄漏量,反向涡动虽减小泄漏量但较大幅度降低液膜承载能力,不利于密封稳定性;变膜厚时,反向涡动显著降低液膜承载能力,而较大膜厚时正向涡动提升液膜承载能力相对较小;正向涡动有效促生液膜空化,而反向涡动在变压差时有助于抑制液膜空化但低速时对其无影响,并且受膜厚影响较小     

基于Fluent两种螺旋槽密封微间隙三维流场分析

应用UG三维建模软件建立两种不同形式的螺旋槽密封结构,用Gambit软件对其进行网格划分,并利用流体动力学求解工具Fluent对两种形式螺旋槽密封的微间隙三维流场进行了模拟仿真。研究表明：两种形式的螺旋槽均可以产生明显的动压效应;在一定转速范围内端面总压随着转速升高而增强;开于密封端面间的螺旋泵送槽相比于同类开于外径处的螺旋槽流体动压效应更为明显,形成的流体润滑膜更为稳定。     

机械密封系统流场气穴特性数值分析

针对机械密封腔内流场在一定区域内会产生气穴的现象,建立密封腔的几何仿真模型。利用商业分析软件结合多相流模型对机械密封腔内流场的气穴现象进行数值模拟及优化,获得了机械密封腔内流场的气穴位置和分布情况。分析进口压力、转速对气穴产生的影响,并利用克里金(Kriging)插值方法对其组合进行优化。结果表明:在相同的初始条件下,不同冲洗液的进口压力和转速都对密封腔内气穴的产生具有促进或抑制作用;通过Kriging插值和误差分析,缩小了对气穴现象产生抑制的进口压力和转速组合的范围。     

干气密封气膜流变特性对摩擦特性影响研究

干气密封是高速轴重要的密封形式,通过螺旋槽密封设计改变其接触间隙流变特性是改善其摩擦磨损的重要手段。在传统研究中,密封接触面开槽区的间隙导致的气膜分布不均极易被忽略,从而使流变特性分析产生误差,给摩擦特性研究带来影响。在平板模型的基础上,考虑气膜分布不均匀性,提出平均间隙模型用于描述干气密封开槽区气体流变特性,实现接触界面摩擦力矩计算,使数值计算误差减小。通过对气膜流变特性数值模拟,确定了关键参数黏度与流变特性的关系,获得了转速等工况参数和螺旋槽结构参数对气膜摩擦特性的影响规律。     

带槽轧辊真空密封造型铸造成型工艺

概述了带槽轧辊的制造工艺,提出了带槽轧辊真空密封造型铸造成型新工艺（V法）,介绍了V法工艺数值模拟软件的特点及功能,并通过试验证明了该工艺的可行性,及成型的带槽轧辊具有尺寸准确,表面光洁、无裂纹,轧槽工作面硬度高等优点。     

螺旋槽管材滚压成形过程的有限元分析

利用ANSYS有限元分析软件中的LS-DYNA求解器,分别采用球形和带过渡圆弧的三角形滚压辊,对螺旋槽管材滚压成形过程进行了数值模拟,得到了应力和应变分布规律、金属变形流动规律以及滚压力大小.根据有限元计算结果,分析了不同辊型的滚压辊和螺旋槽管的主要结构参数对滚压力的影响规律以及螺旋凹槽处壁厚的变化规律.通过试验验证了用有限元法进行螺旋槽管材滚压成形过程数值模拟的可靠性,为确定滚压力和槽深之间的关系提供了必要的指导依据.同时,为进一步研究螺旋槽管在滚压过程中的力学性能奠定了一定的理论基础.     

多孔端面机械密封三种不同型腔微孔膜压数值模拟

为了对比球缺槽、圆台槽、圆柱槽激光加工多孔端面机械密封结构产生的动压效应强弱,运用UG建模软件分别建立3种不同型腔微孔的流体动力学分析模型,应用流体动力学求解工具Fluent对3种形式型腔微孔进行仿真。结果表明:在相同工况条件下,增大转速、提高介质黏度、在保证密封环非接触前提下减小密封间隙、深径比选择在0.07～0.1之间可以明显提高动压效应;圆柱槽微孔具有更大的动压效应,将圆柱槽作为激光加工多孔端面密封开槽形式是最佳选择。     

密封槽结构形式对液压缸内泄漏的数值分析(英文)

针对低摩擦液压缸间隙密封的结构形式,通过CFD软件对3种不同结构的密封槽泄露情况进行分析,得到3种不同结构时液压缸的效率。通过对比分析得出间隙密封的最优结构形式,为液压缸密封形式的合理设计和选用提供了依据。     

表面沟槽与润滑剂协同作用对摩擦振动和噪声特性的影响

目的 提升表面沟槽的减振降噪性能,延长其寿命,通过试验方法探索合适的优化方式。方法 借助数控加工方法在蠕墨铸铁材料表面加工出一定尺寸沟槽,并在沟槽填充固体润滑剂MoS2,以获得具有不同时变特性的表面。采用球-平面接触方式进行摩擦对比试验,研究沟槽与固体润滑剂MoS2协同作用对界面摩擦振动及噪声特性的影响。结果 沟槽与MoS2固体润滑剂协同作用时,不仅有效地缓解了过沟冲击振动,还进一步抑制了摩擦振动及噪声的产生。与光滑表面相比,填充MoS2的表面噪声主频幅值降低约13.4 dB。结论 该试验条件下,接触表面粘着撕裂和犁削作用等产生的“不平顺”界面因素是激发摩擦振动及产生噪声的主要诱因。沟槽与MoS2结合不仅维持了界面的完整性,还能保持其时变特性,能减缓并削弱“不平顺”界面因素的产生,进一步优化表面沟槽减振降噪的功能,并能减小磨损,延长沟槽的使用寿命。     

基于槽区表面纹理化改性的液膜密封性能提升方法

目的 对传统液膜密封槽区的表面进行微观有序纹理化改性,以期调节微尺度流动,提高密封综合性能。方法 根据流动因子ξ判断密封端面间流体流动状态,采用有限体积法数值模拟密封稳态性能,对比现有文献验证算法的正确性;对比研究不同几何、工况参数下,有、无表面微纹理设计的密封开启力和泵送率的变化规律,研究槽区纹理对密封性能的影响机理。结果 采用槽区纹理化改性在提高密封间隙流体静压的同时,还可实现方向性导流,增强流体动压;在纹理方向与流场方向高度一致时（在所研究工况下,α为10o～15o）,可表现出良好的导流效果;通过增加纹理密度（用纹理数量表示,n）或增大纹理宽间比（Bm/Cm）,适当调小纹理间距Cm,可使导流效应增强;通过微纹理设计不会改变槽型参数的优化结果,存在较宽的纹理结构参数区间,使有纹理的密封性能较无微纹理的更优;有纹理密封在高速、大槽深时的维稳和抑漏效果更好。结论 在液膜密封槽区表面合理设计有序微纹理,可在槽型结构已较优的基础上,进一步提升液膜开启力、降低泄漏率。依据分析结果,提出“在流场与流体型槽方向高度匹配的前提下,设计超滑水槽区表面能够大幅提升液膜密封开启性能和泵送能力”的设想。     

基于拟合车削的内螺旋滚道成型方法研究

针对滚珠丝杆副的关键结构内螺旋滚道难加工、加工成本高等问题,提出了一种拟合车削的新型加工工艺,并构建了一个经济型的内螺旋滚道加工系统.通过拟合车削算法生成拟合车削点,圆弧形车刀以拟合车削点为基点进行层层拟合车削,从而完成内螺旋滚道的加工.经加工试验,该系统的加工精度为0.001mm,经该系统加工的内螺旋滚道的表面粗糙度可达Ra0.8,证明该加工工艺的可行性并具有较大的应用价值.     

二硫化钼固体干膜润滑涂层的性能对比研究

目的为了在产品加工过程中快速选择合适的二硫化钼涂料进行涂覆,对国内目前性能较优异的三种二硫化钼涂料进行相关性能检测。方法依据AS5272C《热固型防腐蚀干膜润滑剂采购规范》中规定的试验项目进行检测,包括附着力、耐铝腐蚀、亚硫酸盐雾、中性盐雾、耐高低温、耐液性、耐磨寿命、承载能力、固体含量。结果 HM-1700二硫化钼涂层除耐磨寿命外,其余性能均符合标准要求,而HD-02和HR-7301C二硫化钼涂层只有耐中性盐雾试验和耐磨寿命不符合标准要求。结论 HD-02和HR-7301C适用于重载、无长时间滑动摩擦的一般腐蚀环境下使用的零件,HM-1700适用于重载、无长时间滑动摩擦的腐蚀较恶劣环境(尤其是海洋大气环境)下使用的零件。     

Classification and Characteristics of Materials for Metallic Seals

Criteria for choosing steels, alloys, and coatings for elastic metallic seals of detachable joints (DJ) of high-power liquid-propellant engines (LPE) are considered. The correctness of the choice of materials and coatings made in accordance with the developed criteria has been confirmed by reliable operation of LPE employed in advanced Énergiya, Zenit, and Atlas rocket carriers and the Énergiya-Buran space rocket system.     

铜膜高去除速率 CMP 碱性抛光液的研究及其性能测定

目的探索适合于TSV技术的最佳CMP工艺。方法在碱性条件下,利用碱性FA/O型鳌合剂极强的鳌合能力,对铜膜进行化学机械抛光,通过调节抛光工艺参数及抛光液配比,获得超高的抛光速率和较低的表面粗糙度。结果在压力27.56 kPa,流量175 mL/min,上下盘转速105/105 r/min,pH=11.0,温度40℃,氧化剂、磨料、螯合剂体积分数分别为1%,50%,10%的条件下,经过CMP平坦化,铜膜的去除速率达2067.245 nm/min,且表面粗糙度得到明显改善。结论该工艺能获得高抛光速率。     

织构化机械密封的润滑与泄漏特性协调优化研究进展

针对机械密封的润滑和泄漏特性,研究发现,同时改善两特性的表面织构往往伴有较复杂的设计准则,而形式相对简单的织构设计在改善润滑性能的同时,往往导致泄漏增加。对互相矛盾的多个性能指标进行协调优化是表面织构技术在机械密封领域面临的挑战。优化算法是一种客观获得问题最优解的有效手段。鉴于此,介绍了基于单目标优化算法的表面织构形状优化研究现状,总结了基于多目标优化算法的机械密封润滑特性和泄漏特性协调优化研究的主要进展,并聚焦于同时以承载力和泄漏率为指标的螺旋槽参数和自由织构形状优化,最后分析了协调优化研究中存在的不足,并展望了其发展方向,以期进一步推进表面织构技术在密封领域的应用。