基于多孔介质模型的机械密封静压泄漏特性分析

针对接触式机械密封普遍存在的渗漏现象,考虑到流体在多孔介质中的流动和在密封端面间的流动具有相似特征,基于多孔介质模型建立密封端面间渗流模型,通过对动量方程和连续性方程的推导,得到适用于密封端面间流体流动的控制方程,提出一种密封端面间泄漏率的解析计算新方法,并与COMSOL数值模拟得到的泄漏率进行对比分析;研究孔隙率、端面表面粗糙度、膜厚、密封介质压力和弹簧比压对静压泄漏特性的影响规律。结果表明,泄漏率随孔隙率、端面表面粗糙度、膜厚和密封介质压力的增大而增大,随弹簧比压的增大而减小,解析计算结果和数值模拟结果的变化趋势基本一致,证明该解析法计算泄漏率具有实用性和可行性。     

非金属多孔介质垫片泄漏模型再研究

以渗流力学为基础推导建立了新的非金属多孔介质垫片泄漏模型,该模型考虑了垫片压紧应力与材料空隙度之间的关系,以及垫片尺寸、流体介质垫片材质等因素,可以合理有效地预估非金属垫片的泄漏率.     

粗糙表面间密封性能研究进展

在微观尺度下的静密封界面表面形貌是粗糙不平的,两粗糙表面上的微凸体在载荷作用下会接触形成孔隙;随着接触压力的减小或观察尺度的增加,当孔隙增加到一定数量时孔隙之间会相互连通形成泄漏通道,影响密封性能。现有的粗糙表面密封分析基于均化思想、逾渗理论和多孔介质思想等方法建立泄漏通道模型,考虑表面粗糙度、表面纹理以及表面载荷等对密封性能的影响。对现有的粗糙表面间密封性能的研究现状进行综述,分析现有的粗糙表面密封研究方法存在的不足之处,指出粗糙表面间密封研究可能的方向,为进一步研究粗糙表面密封机制提供了参考。     

基于栅格渗漏模型的静密封界面状态演变特性研究

由于密封界面微观形貌的复杂性,静密封机理及其状态演变一直以来是个难题。在对密封界面进行离散和近似的基础上,提出一种基于栅格渗漏模型的静密封界面渗漏状态预测模型。给出栅格渗漏模型的构建方法,在此基础上通过大量数值试验对密封-渗漏状态演变特性进行了分析,进而建立了静密封界面状态演变曲线的数学模型,发现渗漏发生的概率在与系统相关的阈值附近呈现急转的规律,同时研究表明静密封界面的接触面积、表面纹理方向等对密封界面的状态演变特性有显著影响。结合逾渗理论和试验数据,讨论所提出模型及所发现规律的通用性。     

基于复合泄漏通道模型的O型圈密封泄漏率计算方法研究

O型圈密封作为机械结构中最常见的密封形式之一,实现其密封泄漏率的准确定量计算进而保障其密封性能,对机械产品和装备整体的安全性、可靠性和环境保护性等具有重要意义。现有的O型圈泄漏率计算方法难以在计算准确度与模型复杂度间达到很好的平衡。针对这一问题,提出了一种基于复合泄漏通道模型的O型圈泄漏率计算方法。复合泄漏通道模型通过对粗糙表面轮廓三角峰均一化排列,将O型圈与粗糙表面间的泄漏通道定义为三角形通道和梯形通道两种典型形式。相比现有方法通过单一几何体对泄漏通道建模,复合泄漏通道模型引入粗糙表面三角峰统计参数对泄漏通道进行表征,充分反映了表面形貌特征对通道形式与泄漏率的影响。局部密封单元的泄漏仿真实验表明,复合泄漏通道模型相比经典的Roth模型具有更好的计算准确性。将该方法应用于一种典型的O型圈密封结构,设计并实施了泄漏率测量实验,实验结果表明不同O型圈压缩率下泄漏率计算结果的平均相对误差不超过15%,验证了提出的方法在实际应用场景下的有效性。     

激光加工多孔端面机械密封泄漏量的影响因素

建立了激光加工多(微)孔端面机械密封(LST-MS)的理论分析模型,采用数值积分法计算了LST-MS的泄漏量,并与文献中的近似公式计算结果进行了比较,分析了不同流体膜厚条件下密封面几何参数和工况参数等因素对泄漏量的影响规律。结果表明,泄漏量与端面和微孔几何参数及工况参数有关,采用数值积分法计算的泄漏量值略大于近似公式的计算结果,并且前者与上述参数均有关,而后者仅与密封端面几何尺寸和无量纲压差有关,与微孔几何参数和压缩数的变化无关,采用积分算式更能准确地预测LST-MS的泄漏量。     

垫片密封泄漏模型研究

本文讨论了现有垫片密封模型及其泄漏率计算方法,对非石棉垫片及柔性石墨增强垫片进行了密封性能试验研究,确定了多孔介质模型泄漏率公式中的常数。这一工作为现行规范中的密封设计主要由依据连接结构强度的设计方法发展为以最大泄漏率为设计准则的密封连接的“紧密性设计”提供了理论依据。     

炭-石墨多孔材料制备工艺中的逾渗研究

从逾渗理论出发,研究炭-石墨多孔材料制备工艺中的成型、焙烧和浸渍过程.分析表明:坯料的成型、焙烧与浸渍过程的本质是流体在多孔介质中的流动,具有典型的逾渗特征,可用逾渗理论进行分析和解释.应用逾渗理论优化制备工艺,实现二次逾渗,体积密度从2.15 g/cm3提高到2.50 g/cm3,气孔率从3%下降到1%,肖氏硬度从Hs70提高到Hs89,抗压强度从160 MPa提高到275 MPa,抗折强度从45 MPa提高到86 MPa,显著改善了材料的物理性能.     

考虑粗糙渗流效应的指尖密封总泄漏性能分析

指尖密封作为近年来一种新型密封技术,其泄漏性能一直是密封领域的研究热点。将流体通过指尖片表面粗糙接触界面微观空隙的泄漏视为指尖密封的侧隙泄漏,基于压力流量因子和哈根-泊肃叶定律构建了指尖密封侧隙多孔介质结构渗透率的计算方法,进而建立了基于多孔介质结构的指尖密封侧隙泄漏性能分析数值模型;然后计入指尖密封侧隙泄漏的影响,构建了考虑指尖密封侧隙泄漏和主流道泄漏的指尖密封总泄漏分析方法;最后在此基础上分析了指尖片表面形貌参数、指尖密封工况参数对指尖密封侧隙泄漏、主流道泄漏和总泄漏的影响,研究了指尖密封侧隙泄漏和主泄漏的权重比例。结果表明:指尖密封侧隙泄漏随着指尖片表面均方根粗糙度、指尖密封上下游压差的增加而增加;当指尖片表面纹理从横向纹理向纵向纹理变化时,指尖密封侧隙泄漏亦逐渐增加;当指尖片表面均方根粗糙度较大时,指尖密封侧隙泄漏在指尖密封总泄漏中占主要地位,当转子径向位移激励较大时,指尖密封主流道泄漏占主要地位。该研究有助于完善指尖密封泄漏分析理论体系,具有较高的学术价值和工程意义。     

挡板结构对刷式密封泄漏流动特性的影响

为研究前后挡板结构对刷式密封压力和流场的影响规律,采用非线性Darcian多孔介质模型,分别建立6种不同前后挡板结构的刷式密封求解模型,通过与相关实验数据对比,验证模型的合理性,采用ANSYS软件对刷式密封进行数值分析,研究不同前后挡板结构下的刷丝束压力和流场分布特性。研究结果表明：压比和挡板结构对刷式密封封严性能起到关键作用;刷式密封的泄漏量随着压比增大而增大,长前挡板结构能够减小泄漏量,基本型和环形腔型后挡板结构的泄漏量基本没有区别,通腔后挡板结构会使泄漏量显著增长;长前挡板结构能够减小刷丝束内压力,后挡板结构对刷式密封的压力分布起到决定作用;通腔后挡板能够消除部分径向压力梯度,提高刷式密封寿命,但会造成泄漏量增长。     

一种基于等效平行间隙的静密封漏率预测方法

工程中由于密封件形状多样化和表面接触压力复杂多变,现有分析方法难以快速对密封性能进行定量分析。提出一种将密封接触压力引起的粗糙表面泄漏间隙变化等效为平行泄漏间隙,进而采用可压缩雷诺方程进行漏率计算的方法。该方法可快速计算各种工况下的密封性能。通过设计测量漏率实验,标定出接触压力和泄漏间隙的关系。基于该关系,将由有限元模型计算得到的密封接触压力分布转变为等效平行泄漏间隙分布,进而通过雷诺方程计算出密封界面的漏率。通过D形截面垫片验证漏率预测方法的准确性,实验验证表明,该方法能够快速准确计算出不均匀密封接触压力表面的漏率。     

金属O形环密封结构的泄漏模型研究

基于分形理论的金属垫片泄漏模型,改进了密封面的接触模型,综合考虑了密封面微凸体的完全弹性、第一弹塑性、第二弹塑性和微凸体大小分布的域扩展因子;分析金属O形环密封接触宽度与设计压缩率的关系,推导出金属O形环密封结构的泄漏模型,并进行验证分析。结果表明:压缩率在一定范围内,接触宽度随压缩率的增加而逐渐增加;但当压缩率超过一定值后,O形环发生塌陷,导致接触宽度迅速减小;各压缩率下计算得到的泄漏率与试验结果在同一量级,说明建立的泄漏模型适用于金属O形环密封结构泄漏率的预测。     

基于渗流原理的液体润滑机械密封的泄漏率研究

针对现有机械密封端面泄漏通道模型存在的不足,考虑到流体在端面间的流动过程和渗流过程具有相似特征,建立了基于渗流原理的接触式机械密封端面间渗流通道模型,利用达西公式计算了端面间的泄漏率。研究了表面粗糙度、膜厚对孔隙率的影响,表面粗糙度对最大微凸体直径的影响,以及膜厚、表面粗糙度、端面宽度和对泄漏率影响。结果表明,孔隙率随表面粗糙度的增大而减小,随膜厚的增大而增大;最大微凸体直径随表面粗糙度的增大呈线性增大趋势;泄漏率随表面粗糙度的增大先增大后减小,随膜厚的增大而增大,随密封端面宽度的增大而减小。提出的研究方法为更准确计算接触式机械密封的泄漏率提供了新思路,对进一步探究密封的泄漏机理具有一定的科学意义。     

金属垫片泄漏模型理论研究

依据分形几何理论,结合不可压缩粘性流体层流流动理论,建立基于分形参数的金属垫片泄漏模型,该模型揭示了泄漏率与密封表面形貌之间的关系。研究表明,密封表面分形维数D越大,螺栓-法兰-金属垫片密封系统越不易发生泄漏,这对于法兰和金属垫片密封表面的加工具有重要指导意义。     

基于真应力-应变关系的粗糙表面法向接触模型

提出一种粗糙表面的法向弹塑性接触分析的建模方法。基于微凸体的弹塑性有限元接触模型,分别研究了40Cr、45和Q235三种钢材料的微凸体与刚性平面的法向接触特性。有限元模型中采用三种材料的真应力-应变关系,考察了不同强化特性对微凸体接触性质的影响。建立了微凸体在弹性、弹塑性、塑性变形阶段统一的接触变量变化规律的表达式。在此基础上应用概率统计理论建立粗糙表面法向弹塑性接触模型。所建立的接触模型中微凸体接触变量的变化规律完全基于弹塑性有限元模型的计算结果,无需将微凸体的变形过程区分为不同的变形阶段,避免了接触变量在各阶段采用不同函数表达式带来的连续性和光滑性问题,以及在弹塑性阶段采用插值函数的随意性问题。通过与其他接触模型的计算结果相比较,证明了所提出接触模型的合理性。     

基于机械密封泄漏现象的分析和研究

对机械密封的密封机理和密封水平作了简要说明,并对产生泄漏的影响因素作了扼要叙述;重点对密封件的选型及使用中的注意事项、装配工艺、过程检验等进行论述。     

密封齿形对迷宫泄漏量影响的数值分析

通过对迷宫密封机理的分析,利用流体力学计算方程对迷宫密封的数学模型进行数值计算,得出了密封齿形对迷宫泄漏量的影响规律,为迷宫压缩机的设计提供了理论依据。