玻璃纤维增强塑料浮动球阀密封性能分析

采用玻璃纤维增强塑料(GFRP)制作的球阀,具有强度高、密度小、耐酸碱腐蚀等优点,已逐步取代金属球阀应用在氯碱化工管道中。以DN50 GFRP浮动球阀为研究对象,分析常压下旋塞预紧力、密封件摩擦因数和密封面宽度对其密封性能的影响,并探究阀球推荐工作压力和GFRP浮动球阀整体设计参数对密封性能影响的主次顺序。结果表明：GFRP浮动球阀最高工作压力不应超过3 MPa,在常压环境下,需施加550 N以上的旋塞预紧力才能保证球阀正常密封;增大密封面摩擦因数可提高其密封性能,当密封面摩擦因数达到0.2时,密封面上最低密封比压最接近临界密封比压,材料利用率最高;随密封面宽度增加,最大密封比压呈先减小后增大的趋势,综合考虑球阀的使用寿命和材料利用率,该阀座的最佳密封面宽度为8.65 mm;密封面宽度对GFRP浮动球阀密封性能影响最大,其次为旋塞预紧力,密封件摩擦因数的影响最小。     

A study on the force balance of an unbalanced globe valve

A pneumatic control valve is a piping element that controls the volumetric flow rate and pressure of a fluid; it is necessary to analyze the characteristics of the forces with respect to the opening of the valve in order to evaluate its operating performance. The forces occurring during operation are: resisting force and actuator force, where the load resistance is mostly affected by the fluid pressure difference of the valve. In this study, a force balance equation derived from the equilibrium relationship between the resisting force and the actuator force of an unbalanced globe valve is proposed, and the force balance equations are used to model the dynamic equations of a pneumatic unbalanced globe valve installed in nuclear power plants. A CFD analysis is also carried out to evaluate the pressure distribution and forces acting on the top and bottom planes of the valve plug. The results of this analysis have been verified through experimentation. This study has shown that the fluid pressure difference between the inlet and outlet of the valve, measured from the force balance equation of an unbalanced valve, should actually be examined with the fluid-pressure difference between the top and bottom side of the valve plug.     

井下V形金属密封环密封性能研究

提出一种适用于井下复杂环境的V形金属密封环,利用压力密封装置模拟40 MPa压差工作环境,研究V形金属密封环在井下流量控制阀中的密封性能。将V形环的力学模型分解为圆筒过盈配合与悬臂梁力学模型进行理论分析,得出密封接触面的应力计算公式,并利用ABAQUS进行仿真验证。建立V形环两种密封面(曲面与平面)的轴对称模型,分析密封环在40 MPa压差下,不同过盈量与倾角对密封性能的影响,并对比2种结构的性能。结果表明,在满足密封性能的前提下,平面密封结构的过盈量取值范围更广,并且在相同结构参数时的接触应力大于曲面密封。确定平面密封结构过盈量与倾角的取值范围,为井下流量控制阀中V形金属密封环的设计提供了参考,应力计算公式也为密封环的设计提供了一个初步的接触面应力。     

三偏心蝶阀密封压力影响因素分析

基于现有三偏心蝶阀多层次密封圈的不足以及全金属密封圈密封性能差、研究少的现状,运用有限元分析软件,模拟分析了不同状态下密封圈的密封压力分布情况,得到了三偏心蝶阀密封性能与密封压力影响因素的关系,并给出了相关设计建议。分析结果表明,三偏心蝶阀密封压力分布不均匀,阀轴附近存在低密封压力过渡区。合理设计密封圈,可改善密封压力分布情况和增大过渡区密封压力值,提高三偏心蝶阀密封性能。     

气门油封结构参数设计及优化

为研究发动机气门油封结构参数对油封密封性能的影响,在有限元分析基础上,对油面唇角、气面唇角、安装过盈、唇口圆角半径、弹簧刚度等结构参数进行正交试验设计,研究油封结构参数对气门油封唇口最大接触压力和单位周长径向力的影响;以最大接触压力和最小单位周长径向力为优化目标,获取气门油封最优参数组合。研究结果表明:油封唇口圆角半径对油封唇口最大接触压力和单位周长径向力的影响程度都为最大;气面唇角对单位周长径向力有较显著的影响;油面唇角对油封唇口最大接触压力有较强的影响,但对单位周长径向力影响较小;弹簧刚度对单位周长径向力和最大接触压力影响均较小。结合均值最优水平分析,获得满足优化目标的油封参数组合,优化后油封比初始油封最大接触压力提升了85.61%,单位周长径向力降低了20.54%,在保证油封密封性的前提下,大大改善了油封唇口的磨损情况,提高了油封的使用寿命。     

直动型气动电磁阀综合性能测试系统研究

针对目前国内对直动式气动电磁阀测试存在的不足问题,采用高速数据采集系统,应用计算机控制技术,设计了电磁阀综合性能检测系统.测试项目主要有动态特性检测、密封性检测、疲劳寿命测试,并首次引入了最低先导压力的测试,突破了以往只针对单个参数测试的局限.为验证系统的准确性,设计完善了一种基于MATLAB/Simulink的电磁阀动态仿真模型,可应用于电磁阀设计时的多参数仿真和优化设计.运用仿真模型和测试系统,测试、分析了气路压力条件对电磁阀性能的影响,确定了电磁阀测试或使用时的最佳气路压力条件.实验结果表明:该系统能很好地对电磁阀的综合性能进行评判,系统时间分辨率达到0.1ms,压力分辨率0.1 kPa.     

完整岩块辐射流剪切盒中含压流体密封方法研究

为提升岩石剪切渗流试验系统中辐射渗流剪切盒的流体密封性能,基于自主研发的新型岩石剪切渗流试验装置提出3种辐射渗流密封装置的结构设计方案：密封圈横向预压缩密封、硅胶垫法向压缩密封以及密封圈法向预压缩密封,并分别对其进行大变形数值模拟和试验验证。结果表明：（1）密封圈横向预压缩密封的密封效果与施加的法向荷载大小无关,而与岩样上端面平整度和平行度密切相关,流体密封压力较为稳定,密封水压力在0.72 MPa上下波动;（2）硅胶垫法向压缩密封的密封效果与施加的法向荷载大小呈正相关,在法向荷载允许范围内密封垫客观上具有密封压力阈值,在3.3 MPa法向荷载作用下密封水压力最大值可达到1.62 MPa;（3）密封圈法向预压缩密封既具备硅胶垫法向压缩密封的优点,还克服了硅胶垫密封性能依赖法向荷载大小的缺陷,可在较低的法向荷载状态下实现相对较好的密封效果,最大密封压力可达到2.45 MPa。数值仿真结果表明,对于密封圈法向预压缩密封,扩大密封圈直径并不能明显提高密封性能,而改变密封圈材料对密封性能影响较大。研究结果可为突破目前剪切渗流试验设备5 MPa水压力密封的极限及优化剪切盒密封装置结构设计提供了理论参考和研发借鉴。     

文丘里式耐磨旋塞阀的设计

介绍了一种新型的耐磨旋塞阀,该阀采用文丘里式阀体,能够有效的承受进油压力差。本阀门的密封性能良好,阀内的整体衬套可有效的防止内部泄漏。密封件的互换性强,阀门操作力较小,使用寿命长,并且具有良好的耐蚀性,能满足炼油装置中的生产要求。     

深海球阀阀座密封性能分析与优化

由于深海工况复杂,深海阀门密封结构在工作状态中遇到不稳定工况时,难以运用传统的凭借经验以及基于经典力学理论的常规设计方法进行研究。从深海工况出发,设计出具有双向密封结构的阀杆和螺栓固定式阀座的深海球阀;应用有限元数值模拟软件,通过选取阀座密封面上三条特征路径代替整个密封表面,研究其在海水外压以及介质内压综合作用复杂工况下的变形规律,分析其密封性能,得出其变形与密封比压的关系。结果表明:不同路径处阀座的变形量与密封比压的关系不同,阀座两端的变形量与密封比压无关,阀座中间部分的变形量与密封比压变化相反;减小阀座径向厚度可增大密封比压,并使密封面上的密封比压分布更加均匀,并且当厚度较小时,密封比压增大速度更快。基于研究结果对阀座的尺寸进行优化,减小了阀座的径向厚度,使阀座的密封比压分布更加均匀且符合阀门的密封评价标准。     

介质温升对流体静压型机械密封性能影响的研究

以抛物线型流体静压型机械端面密封(PHS-MS)为研究对象,建立了PHS-MS流体润滑理论模型,考虑流体液膜粘温压效应,采用有限差分法对广义Reynolds方程、能量方程、热传导方程组成的耦合数学模型进行了数值计算,获得了介质温升对PHS-MS密封性能影响规律。结果表明,介质温升使PHS-MS的端面开启力先增大后减小,泄漏率增大,而摩擦力减小,并随着时间推移各项密封性能参数趋向稳定;当介质温升较快时,开启力、泄漏率增大及摩擦力减小的趋势快,但密封性能参数达到的稳定值不变。     

压力自适应型机械密封的数值模拟研究

针对压力自适应型机械密封在高压工况下密封端面变形与密封性能不佳的问题,采用ANSYS中的计算流体力学软件FLUENT和有限元分析软件Mechanical APDL,在15.9 MPa高压工况下分别对密封端面间隙中的液膜流场和密封环进行了数值模拟分析研究,并将计算出的液膜流场状态和密封环变形结果进行了流固耦合求解,进而对液膜厚度对密封性能的影响规律进行了分析,同时对在实际工作状态下,工作压力逐渐上升,密封各性能参数的变化规律也进行了分析。研究结果表明,该密封在高压下的端面变形符合设计需要,密封环端面间的开启工作压力在3 MPa左右,在15.9 MPa高压工况下密封端面间流场的开启力为67.6 kN、泄漏量为0.04 m3/h,平衡膜厚为2.8μm。与其他类型的密封相比,结果显示该种密封能够在高压下提供足够的开启力和在低压下较小的泄漏量。     

普通液压机超高压液压胀形集成装置的研制

研制出将增压器、充液器、滑动胀形模具集成于一体的超高压液压胀形装置，该装置具有快速充填液体、产生变高压、循环过滤液体、自动控制等功能,设计中采用了过盈配合密封及组合密封技术。在普通液压机上按照给定的加载路径成功胀形出汽车桥壳设计样件，经大量反复的试制及合模后的超高压试验，证明该装置实现了设计功能，性能稳定，密封可靠。该装置的研制成功，使胀形设备得到简化，有助于降低能耗，扩大液压胀形工艺的应用范围。     

海洋环境下浮动堆设备闸门密封性能分析

浮动堆长期处于海洋环境中,其安全壳设备闸门处于海洋环境下浮动堆的随机运动状态中,同时外部的冲击事故也会对其结构造成严重破坏,由设备闸门与安全壳一起形成第三层屏蔽,包容放射性物质,是安全壳压力边界的重要组成部分,也是安全壳压力边界较薄弱的环节,因此设备闸门密封性能对于浮动堆的核安全至关重要。结合水动力学和瞬态动力学,分析事故工况下设备闸门密封面上下法兰的变形,提取最大变形处相对位移值,构建二维密封面模型模拟事故工况下密封面变形情况,并基于二参数的Mooney-Rivlin本构模型描述密封圈材料的应变能函数,分析密封圈总体变形、应力分布、接触应力分布,结合试验数据判定海洋环境下浮动堆设备闸门事故工况下密封性能分析。     

泥水盾构接管用三通换向阀橡胶阀座密封研究

针对泥水盾构接管用三通换向阀密封结构易发生泄漏的问题,对三通换向阀橡胶阀座的密封特性进行研究,为提高其密封可靠性采用双道密封结构。建立双道密封结构二维有限元分析模型,对比分析橡胶双道密封在不同侧向介质压力、不同压缩量及不同倒角半径下的密封特性。结果表明:双道密封结构的von Mises应力与剪切应力与所受压缩量与侧向介质力呈线性关系;侧向介质力与倒角半径对第一道密封面的接触应力影响较大;密封面左侧的接触应力较高,第二道密封面的接触应力基本不变;当所受压缩量为2.0 mm,介质压力为1.5 MPa时,双道密封结构的综合密封性能最优。     

旋转控制头密封胶芯性能三维有限元分析与结构优化

为提升带压起下钻过程中旋转控制头胶芯密封性能,基于虚功原理得到动态密封过程的有限元控制方程,并进行橡胶单轴压缩试验确立胶芯变形过程中的Yeoh本构模型;运用ABAQUS试验平台建立胶芯三维有限元模型,通过模拟起下钻过程中胶芯动态密封过程,得出密封面上受力分布规律;研究胶芯内锥角、外锥角、内径等结构参数对密封性能的影响....     

三偏心蝶阀反向承压密封问题的有限元研究

应用ansys软件对通径DN300、工作压力PN3.5MPa的三偏心金属蝶阀反向承压密封面接触问题进行了非线性有限元分析,得到反向承压密封时有无预压紧了的条件下蝶阀的应力应变图,通过有限元计算结果分析得到了三偏心金属蝶阀必须通过对阀轴理论装配位置偏移给蝶板预加合适的压紧力,才能够实现反向承压密封。研究对"双向零泄漏"三偏心蝶阀的结构设计有指导意义。     

超高压截止阀阀杆轴向密封力的分析

阐述了超高压截止阀在不同密封型式下轴向力的计算及其确定并加以论证,分析了超高压截止阀的密封机理和密封面加工精度对截止阀轴向力的影响以及密封副材料的选用。     

阀用柔性石墨金属波齿复合垫片密封失效分析及改进

对3.5MPa边界阀法兰密封———柔性石墨金属波齿复合垫片密封的泄漏进行了密封失效分析,并提出了改进方案,解决了垫片密封短期失效问题。     

斯特林机活塞杆帽式密封结构改进研究

为解决斯特林机活塞杆处介质泄漏的问题,对其帽式密封结构进行改进,并利用有限元分析软件ANSYS建立其二维轴对称模型;基于实际运行工况,分析比较改进密封结构的性能指标,并通过改变边界条件,探究介质压力、摩擦因数及活塞杆运行速度对改进密封结构性能影响规律。结果表明：改进的密封结构消除了原有结构O形圈的应力集中问题,提高了最大接触应力,且在增加有效密封面积40%的同时又将O形圈的最大等效应力降低了近50%;3个关键参数中介质压力对密封性能的影响力最大,对于改进密封结构,在介质压力为6～8.5 MPa时其密封性能最佳。     

盾构机主轴承密封圈密封性能研究

大埋深隧道对盾构机主轴承密封性能提出了更高的要求。利用有限元分析软件ANSYS Workbench研究不同材质的压紧环密封圈在不同载荷下的受力状况,研究其密封性能。分析结果表明,压紧环唇形密封圈的密封能力与预紧载荷和材质均有关系,当预紧载荷越大,密封圈硬度值越高时,密封面的接触压力就越大,密封能力就越强。因此,为提高大埋深盾构机主轴承密封圈的密封性能,可采取以下措施:在材料方面应选择高硬度值的压紧环密封圈,必要时可增加压紧环密封圈的数量;在结构方面应适当增加压紧环的直径,保证压紧环有足够的预紧行程施加更大的位移载荷,提高密封面接触压力。