弹性金属密封环力学特性与泄漏特性数值研究

弹性金属密封环的力学特性及泄漏特性对其工作性能有着重要影响。以径向压缩的弹性金属密封环为研究对象,推导弹性金属密封环泄漏量理论公式,建立弹性金属密封环力学特性求解模型,分析压缩量、进出口压差及温度等工况参数对弹性金属密封环的力学特性及泄漏特性影响规律。研究结果表明:在压缩工况及压缩加压工况下,弹性金属密封环的最大变形区域及最大应力区域均位于外径边缘,且变形量和应力值均沿外径边缘向过渡圆方向逐渐减小;在压缩加压加温的工况下,最大变形区域位于其外径中部位置,最大应力区域位于外径边缘处;径向压紧力、径向刚度与压缩量、进出口压差和温度均呈正相关关系,其中温度对径向刚度的影响更大;弹性金属密封与法兰的轴向接触宽度与压缩量、进出口压差和温度呈正相关关系,泄漏量与压缩量和温度呈负相关关系,与进出口压差呈正相关关系,而进出口压差对泄漏特性的影响更大。     

直升机减速器径向石墨密封的泄露特性分析

针对直升机减速器润滑油泄漏问题,选取某直升机减速器径向石墨密封环为研究对象,应用FLUENT软件对其内部流场和泄漏特性进行数值模拟,研究径向间隙、密封块豁口间隙、压比、被密封轴椭圆度及密封环分块数对径向石墨密封泄漏特性的影响。结果表明,在其他条件相同时,密封装置的泄漏量随径向间隙、椭圆度的增大而增大,且增大速度有加快的趋势;密封装置的泄漏量随豁口间隙的增大而增大,且增大速度有减慢的趋势;密封装置的泄漏量随压比的增大近似呈线性增大;密封装置的泄漏量与密封环分块数没有明显关系。     

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.     

锥形密封环对离心泵转子动态特性的影响

根据Ｈｉｒｓ理论对湍流工况下锥形密封环动力特性系数进行了数值计算，并以一台双吸泵为例分析了密封环锥度变化及磨损对临界转速的影响，从改善转子动态特性的角度对密封环最佳锥度的选择提出建议。     

反应堆压力容器国产O形环密封性能分析

反应堆压力容器是主回路冷却剂压力边界的一道重要屏障,在整个电厂寿命期间需保证其结构的完整性,防止发生放射性物质泄漏。较多压水堆核电厂反应堆压力容器采用双道O形密封环结构进行密封,以防止放射性冷却剂泄漏,而O形密封环的变形特性对密封结构的设计与分析至关重要。采用有限元法对压力容器国产化O形密封环进行了大变形弹塑性接触分析,研究O形密封环在不同压缩率下的变形、应力以及分析回弹量的影响因素。数值模拟结果与试验结果吻合很好,研究结果可为压力容器密封结构设计与分析提供依据。     

极限工况下蓄能密封环密封性能分析与实验探究

针对航天器大直径人孔及燃料贮箱在极限温度下的密封问题,基于ANSYS建立大尺寸蓄能密封环三维分析模型,在常温下通过压缩回弹性能、线载荷、密封接触面比压分布研究,得到蓄能密封环最佳压缩比例应在20%左右。在最佳压缩比20%下对低温（-196 ℃）和高温（176 ℃）工况下密封环密封性能进行有限元模拟分析。结果表明,该密封环低温工况下密封性能较常温工况没有明显变化,而高温工况下则有一定降低。在不同压力工况下对密封环进行氦气泄漏检测实验,发现该密封环常温工况下泄漏量小于低温工况和高温工况;在同一温度下密封压力变化时密封泄漏量变化较小。实验结果表明,该大直径密封环对密封面平面度要求较高,应严格控制安装及加工精度。     

C形环在超高压大直径容器密封上的适应性研究

在超高压、大尺寸等恶劣工作环境下,常规密封件容易出现严重变形、强度不够和泄漏等问题,难于满足性能要求。为此选用C形密封环为对象,开展其在超高压大直径密封背景下的适应性研究。建立C形密封环的二维轴对称仿真模型,采用有限元方法分析有银层和无银层C形密封环的压缩回弹特性;分析C形密封环在定常和变量条件下Mises应力与接触应力变化规律,研究不同压缩量和外压对密封特性的影响。模拟结果与试验数据相近,验证了模型的准确性。结果表明:银层对C形密封环的压缩特性影响较小;包覆层回弹能力明显差于弹簧层,在超高压环境下包覆层更易达到极限强度,较弹簧层更易损坏;径向压缩量在0.65～0.85 mm范围内时,密封环具有良好的安全性和密封性能。研究表明,C形密封环在超高压大直径容器中具有良好的适应性,满足超高压密封要求。     

工况参数对核主泵流体动压轴封组件密封泄漏量影响分析

为研究轴封注入水压力、轴封注入水温度和泵轴转速对密封泄漏量的影响,采用求解雷诺方程、热传导方程和能量方程的流固热耦合的数值计算方法进行分析。分析结果表明:泄漏量随注入水压力增大而增大,由于密封环变形的影响,注入水压力在5～8 MPa时,泄漏量略有下降;密封端面泄漏量受流体动压效应和介质粘度的影响,随泵轴转速的增大而增大;密封端面泄漏量受密封环变形和介质粘度的影响,随介质温度呈线性增大趋势。     

基于Simulink分析泄漏对非对称液压动力机构的影响

文章以非对称液压动力机构为研究对象，基于仿真软件Simulink对所建立的系统数学模型进行仿真分析，通过改变系统的泄漏系数，以确定泄漏量的变化对系统动态特性的影响，为液压缸故障检测提供一定的参考依据。     

基于热-固耦合的船舶艉轴密封环材料对密封性能的影响研究

在采用螺旋桨推进的船舶中,为防止海水沿螺旋桨流入船内,在艉轴管中设置了密封。由于其工作于恶劣的深水环境中,因此选用可靠的艉轴密封环材料对船舶运行至关重要。本文根据不同船舶艉轴密封环材料对密封性能的影响,利用有限元软件建立热-固耦合数值分析模型,计算得到了不同材料密封环的温度场、变形场、应力场,分析了弹性模量、热膨胀系数、导热系数等材料参数对密封环变形、温升、摩擦磨损及泄漏量的影响,最终选取了最优的船舶艉轴机械密封动环材料。结果表明：SiC动环材料的密封环组合端面温升最小,S30408动环材料的端面变形最大,密封端面的热变形大于力变形,热膨胀系数对密封性能影响最大,综合考虑温升和材料参数对密封环变形和密封性能的影响,选择最优的动环材料为Cr₂O₃。     

综合传动装置胀圈密封轴槽间隙设计方法

研究一种基于理论计算与CFD仿真的胀圈密封环轴槽间隙尺寸设计方法。基于流体力学的基本方程,建立胀圈密封流场的数学模型;结合实际工况与使用要求,确定胀圈密封环与轴槽径向间隙、轴向间隙及配流衬套与旋转轴之间的间隙尺寸的约束范围;建立流场的计算流体力学模型,通过正交试验设计,分析影响胀圈密封性能的高灵敏度因素;以密封泄漏量最小为目标函数,选取最佳的轴槽间隙设计参数。结果表明,研究的3种间隙中,相比于胀圈密封环与轴槽的径向间隙、轴向间隙,配流衬套与旋转轴之间的间隙对密封环的泄漏量影响更为显著,当配流衬套与旋转轴之间的间隙增大,泄漏量也随之增大。     

离心多级泵转子临界转速的计算

对锅炉给水泵(离心式多级泵)转子的干临界和湿临界转速进行了计算.计算中考虑了两端滑动轴承及诸密封环动力特性的影响.在对密封环动力特性计算分析的基础上给出了改进设计后的临界转速计算结果.     

密封环参数对中直径水介质高压机械密封的影响

本文讨论了用于水介质的中直径高压机械回转密封的结构和工作原理,试验分析了动密封环材质和结构对密封性能的影响。研究表明,MC尼龙密封环寿命长、泄漏量小、性能稳定,适用于水介质、大中直径等场合。     

反旋流对密封静力与动力特性影响的理论与试验研究

设计加工无/有反旋流共4种密封结构,从理论与实验两个方面研究反旋流对密封静力与动力特性的影响规律。建立反旋流密封静力特性CFD模型,理论分析反旋流对密封间隙流体切向速度、周向压力分布以及泄漏特性的影响;设计搭建反旋流密封动力特性试验台,试验测试无/有反旋流密封的泄漏特性,应用不平衡同频激励法试验研究反旋流对密封动力特性的影响。研究结果表明:反旋流可减小密封间隙流体的切向速度,进而降低密封间隙流体的周向压力差,且密封间隙流体周向压差随切向速度的减小而降低,这是反旋流抑制密封气流激振力的主要原因;密封的泄漏量随进出口压比的增加而增大,两者近似呈线性关系;与无反旋流密封相比,反旋流密封增加了密封的泄漏量,且随着进出口压比的增加,两者泄漏量差异增大;密封的动力特性系数的随密封进出口压比与转速的增加而增大。在相同工况下,主刚度大于交叉刚度约一个数量级,主阻尼与交叉阻尼数量级相同,且主阻尼大于交叉阻尼;反旋流可有效降低密封的等效刚度,增加密封的等效阻尼,提高密封的稳定性。     

激光加工多孔端面机械密封变形的数值分析

针对离心泵用激光加工多孔端面机械密封,通过采用有限元法求解雷诺方程获得密封端面流体膜压分布,计算了不同约束、不同结构动、静密封环的力变形以及端面泄漏量、液膜刚度和刚漏比等密封性能参数,分析了变形对密封性能的影响。结果表明:端面变形对密封性能影响很大,将导致泄漏量增大,刚漏比减小;密封环的约束对变形起着重要作用,选择合适的约束可以减小密封面转角,提高液膜刚度,增强密封工作稳定性。     

部分锥度环状间隙短密封动力特性计算分析

根据Hirs湍流润滑理论提出了一种计算部分锥度环状间隙短密封压力场及动力特性系数的方法。密封中的周向流动和轴向流动均假设为湍流状态。对Hirs湍流润滑方程的求解采用摄动法 ,由相应的零阶近似方程可求得稳态周向速度分布 ,压力分布及密封泄漏量 ;对短密封作类似于计算短轴承的处理 ,使一阶近似方程得到适当简化 ,方程的解给出扰动压力的表达式 ,对其进行数值积分便可确定各个动力系数。针对计算中出现的锥度变化处未知量对轴向坐标导数不连续问题提出了相应的解决措施。计算结果与现有实验结果比较一致。通过实例计算分析了全锥度密封在不同磨损程度下动力特性系数的变化情况 ,并将部分锥度密封动力特性系数与平密封以及全锥度密封进行了分析比较     

弹簧刚度对端面接触式机械密封振动的影响

对机械端面密封的密封环动力学过程进行分析,建立密封环的运动模型和数学模型,并利用Matlab编程对运动微分方程进行求解,分析弹簧刚度改变对端面接触式机械密封振动的影响。结果表明,随着弹簧刚度的增大,密封环轴向振动加剧,偏摆振动减弱,端面液膜压力和液膜力减小,接触力增大,泄漏量减小。     

进口往复压缩机填料密封装置国产化改造

介绍了填料密封环的工作原理,分析了C-760往复压缩机原填料密封装置存在的泄漏问题及密封泄漏的原因,提出改进填料密封环结构、优化填料密封环材质等改造措施.实践证明,改造后密封效果显著提高,设备使用寿命延长.     

高线速度石墨密封多物理场耦合特性

高线速度运行的石墨密封常伴随着高热量的摩擦磨损,为了满足航空发动机轴承腔高线速度和低压差工况的密封需求,基于四瓣式石墨密封,建立多物理场耦合分析模型,并通过实验结果比对验证计算模型的准确性;通过多物理场耦合分析,研究高线速度和低压差工况下石墨密封的流场、温度场及结构场特性。结果表明：封严气体在周向槽及密封环段搭接处压力不平衡,流速分布不均且在流场出口附近紊乱;泄漏量随着密封线速度的增大而减小,随着密封压差的增大而增大;密封环温度、变形和应力都随着密封线速度的增大而增大,温度场对密封环结构影响最大;封严气体能减轻密封环变形,但气体力会增大密封环的应力值;摩擦热对密封结构影响显著,尤其在环段搭接和防转销处。     

船舶艉轴机械密封温度场与热变形分析

船舶艉轴机械密封在运转时,密封环端面温度的分布及热变形对密封的泄漏有重要的影响。为了提高机械密封的密封性,采用有限元分析方法,运用整体法和分离法对机械密封的动、静环的温度场、热变形进行分析,研究在不同主轴转速下端面温度的变化情况。分析表明:机械密封端面的最高温度出现在接触区域的中间,并向内、外两侧递减;端面摩擦热与主轴的转速有密切的关系,转速越大,产生热量越多,温度越高;密封环的导热系数也对端面温度也有影响,导热系数越高,端面最高温度会越低;端面热变形量内径处大于外径处。