机械密封端面液膜分析

分析了机械密封的端面液膜与密封寿命的关系,以及端面温度对端面液膜的影响,并提出了保护端面液膜的主要措施和解决方案.     

油气两相回流泵送密封的端面温度分布分析及试验验证

密封端面温度不但影响端面变形也表征了端面的摩擦状态,对密封的运行至关重要,尤其是对于动压密封启停时的非开启状态。研究油气两相回流泵送密封(OG-BPS)在开启态和非开启态下的端面温度分布。在ANSYS Workbench中建立热-结构耦合数值分析模型并进行变工况参数试验,分析了转速、压差和液气比等工况参数对端面温度的影响。结果表明:在开启态下,端面温度随着转速和液气比的增加仅略有增加,因此OG-BPS在变工况条件下能够稳定可靠地工作;在未开启态下,端面温度随着转速和压差的增加而急剧增加,但随着液气比的增大,端面温度迅速下降,油气两相介质有利于启停运行。试验结果与数值计算结果相吻合,证明了数值计算的正确性。     

机械密封的端面温度

一、序言机械密封属接触式端面密封,不仅摩擦副端面因摩擦生热,而且旋转元件因摩擦也会生热;使端面温度升高。密封环端面温度过高会导致密封工作不正常,例如:端面间液膜汽化造成液膜失稳;密封面热裂或热变形造成热弹失稳;温度升高促使磨损和腐蚀加剧。因此,为了保证机械密封正常运转,必须控制其端面温度使之处于正常工作范围内。这样首先就要确定机械密封的端面温度。现有的端面温度计算方法有精确计算的分析法、有限元法、数值方法和热电模拟法,还有平均温度的简单计算方法等。     

核电泵用机械密封摩擦有限元分析

以不同工况下的机械密封环为研究对象,依据接触表面的温度,对各种工况时密封端面的接触状况及温度变化趋势进行了分析。结果表明:在极端工况下,机械密封环温度远低于相应材料的允许使用上限;在正常工况下,密封环由于摩擦生热引起的温升较小,由密封介质传导入密封环的热量引起的温升较大。机械密封在不同介质温度和不同密封压力下均可保证较好的运行性能。在极端工况下,密封动静环等效M ises应力均在较低的水平,不会导致密封环的失效破坏。由于密封压力作用引起的密封端面变形,密封端面液膜厚度沿压降方向呈发散分布;在端面外径处动静环将会产生局部接触磨损,密封介质温度对端面液膜厚度影响较小。     

波度端面机械密封温度场的有限元分析

考虑波度密封端面的粘性生热和润滑液膜与密封环之间的热作用,建立了包括密封环和液膜在内的流固热耦合模型,采用流线迎风有限单元法求解了雷诺方程、热传导方程和能量方程,研究了液膜膜厚、波数、波幅、坝宽比、转速及密封压力等参数对密封环温度场和液膜温度场的分布规律的影响。结果表明:波度对密封端面起到了冷却作用;密封环和液膜温度随着膜厚、波幅增大而降低,随转速、坝宽比增大而升高,波数和密封压力对温度的影响不大。     

离心压缩机干气密封损坏及原因分析

柴油加氢装置循环氢压缩机在停工维修过程中,机组干气密封系统非驱动端和驱动端密封气泄漏量和压力先后急剧上升,导致干气密封损坏。通过事故现象判断、密封件及辅助系统的拆解检查,发现失效原因是,未经处理含有大量液态物质的工艺介质直接进入密封腔和密封端面,造成端面间气膜不稳定、密封端面接触磨损严重。为此提出了增加电伴热系统,防止由于密封气温度较低产生凝液现象等方法,保证循环氢压缩机组长周期运行。     

机械密封覆层端面开裂有限元分析

机械密封覆层端面是获得高性价比密封环的重要方向,然而覆层端面的开裂是其主要的失效形式。采用有限元分析软件,建立了机械密封热-结构耦合模型,综合考虑了端面变形、液膜反压和端面温度共同作用下对密封覆层端面的影响,得到了覆层表面和覆层与基体界面的应力分布,分析了覆层端面开裂的原因。研究结果表明:热载荷对覆层应力分布有显著影响,不容忽略;阻封流体的冷却作用有利于降低热载荷对覆层应力的影响;覆层表面最大拉应力、主界面最大切应力、侧界面最大切应力和最大法向拉应力是引起覆层端面开裂的主要因素。     

反应器外循环泵机械密封失效分析及改造

分析某装置反应器循环泵机械密封频繁泄漏量及端面温度高的原因。指出介质端密封载荷系数选择不当,导致密封端面比压偏小,是介质侧密封失效的主要原因;泵送环输送能力低,循环隔离液不能有效将密封摩擦热传递出去是导致大气侧端面温度高过高的主要原因。通过调整载荷系数和提高机械密封泵送能力,密封改造后使用寿命大幅提高,解决了循环泵机械密封频繁泄漏的问题。     

低温液氧T型槽密封端面流场数值模拟

以动环、静环和液膜三者为研究对象,建立了低温液氧介质T型槽密封的三维实体模型。利用流体力学计算软件FLUENT对模型进行数值模拟,得到了密封端面液膜流场的压力场分布、剪切力分布和液膜动静环两侧温度场分布,分析了主轴转速、密封介质粘度和压差对开启力、泄漏量和液膜两侧温升的影响。结果表明:动环端面开槽可减少粘性摩擦热,液膜静环侧温升高于液膜动环侧温升,开启力和泄漏量与转速和压差的变化成正比,主轴转速的提高和密封介质粘度的增大都会提高端面温升,压差对温度变化的影响较小。     

机械密封热变形研究进展

机械密封是旋转机械中常用的一种轴密封,受力情况复杂,工作条件非常恶劣,介质压力和弹簧力的作用使得密封端面产生机械变形,端面容易呈现局部接触,当机械密封动环以高速旋转时,端面间的接触摩擦和端面对液膜的粘切作用而产生热,引起密封端面温升和热变形.端面热变形是密封失效的主要原因之一.从密封环温度场、变形、耦合变形、优化等方面综合评述了机械密封热变形的研究现状,分析存在的问题,最后指出进一步的研究方向.     

Pressure dam influence on the performance of gas face seals

The introduction of grooves, micropores, and other forms of surface geometric modifications onto the mating seal plates has been performed to enhance the gas face seal performance. Reducing fluid leakage through the seal surface has been the main motivation for the development of efficient sealing technology for industrial turbomachinery. Pressure dams are generally etched on the seal inner and outer radii to improve even more the seal capability of reducing the gas leakage to atmosphere. This paper presents a finite element analysis carried out to determine the opening force, the flow leakage and the dynamic force coefficients of flat gas face seals with pressure dams operating under stringent conditions. Several curves of steady-state and dynamic seal performance characteristics depict the influence of the pressure dam position and width on the seal performance and efficiency.     

GY70型机械密封基本性能试验及其分析

对GY70型机械密封的基本性能进行了试验研究,得出了弹簧比膻、介质压力以及转速对机械密封泄漏量和摩擦功耗的影响规律。试验研究发现,运行中的机械密封仔在一个最佳的密封工况点,通过对弹簧比压的调节与控制,可以实现这一工况．     

剖分式螺旋机械密封结构设计

水相悬浮压力法生产氯化聚乙烯反应条件为高温高压,且反应釜搅拌轴转速高,其旋转轴封存在易漏易损的缺点,故在结构设计上要求旋转轴密封性能好且易于维修更换。针对以上问题,结合螺旋密封与机械密封两者的结构特点,分析设计出一种新型的剖分式螺旋机械密封装置,能够达到较好的密封性能,且易于维修更换。     

变速器壳体接合面密封性能有限元预测

建立了以变速器总成为单位的接合面密封性能有限元预测模型,应用接触有限元方法进行计算,得到了主箱-后盖接合面和主箱-盖板接合面在装配、一挡和倒挡时的密封性能参数。按照接合面密封性能判断方法,通过分析表明:主箱与盖板之间的密封垫上各处均有压应力存在,且形成了具有一定压力的密封压力环,主箱-后盖接合面密封性能良好;主箱-盖板接合面未形成密封压力环带,但其间隙变化和错移量均在一定范围内,满足硅胶力学性能要求,主箱-盖板接合面密封性能良好。该研究为分析评价垫片和胶密封接合面的密封性能提供了借鉴方法。     

搅拌轴磁性流体密封结构可靠性实验研究

根据纳米磁性流体密封原理,设计了搅拌轴纳米磁性流体密封结构,对搅拌轴长径比、转速、励磁电流大小与密封性能关系进行理论计算和实验研究。理论计算表明所设计的搅拌轴纳米磁性流体密封结构是可靠的。实验结果表明:当磁性流体初始密封压差比较大时,随轴长径比的增大,密封压差迅速减小,而当初始密封压差较小时,轴长径比的增大对密封压差的影响较小;当轴的转速较低时,轴的转速对磁性流体密封性能影响不大;励磁电流大小与密封性能成正比,但随着电流的进一步增加,密封压差的增加变得不明显。     

Dynamic Behavior Analysis of Finger Seal Based on Equivalent Dynamic Model

Finger seal is a new technology developed for gas path sealing in gas turbine engine.It has been paid attention to its good sealing performance and lower manufacture cost.The vibration behavior of finger seal is not be considered in performance analysis for the contact finger seal with compliant geometric configuration,then this will influence the reliability of the performance analysis and the parametric design of a finger seal.According to the dynamic character of finger seal,the harmonic vibration and free vibration models of a repetitive section of a two-layer finger seal that contains one high and one low finger seal are established separately.The dynamic behavior of finger seal in different working conditions is obtained based on the dynamic response analysis of finger's vibrations.The dynamic low hysteresis and low wear terms based on the equivalent dynamic model of finger seal are put forward,which can be used to predict the dynamic behavior of finger seal.As an example,the dynamic behaviors of an 8-layer finger seal and a 10-layer finger seal were predicted,and the validity of the prediction was demonstrated by the leakage test results of these two finger seals.The work presented here not only could make the dynamic analysis of finger seal with complicated structure simple and easy especially for multi-layer finger seal system,but also suggest a useful method for designing the finger seal with good dynamic behavior by means of different seal layers assembly.     

基于FLUENT技术迷宫密封的结构优化

以压缩机迷宫密封为研究对象,利用FLUENT模拟气体在迷宫密封中的内部流动,分析了气体在迷宫密封中的速度与压力分布,并研究了间隙宽度和空腔深度对迷宫密封泄漏量的影响,提出了4种不同尺寸的迷宫密封结构,分别得到在不同模型下泄漏量与压差之间的变化规律,其中模型D有效减少了迷宫密封的泄漏量,提高了密封性能。     

丁二烯双螺杆压缩机的密封改进

机械密封泄漏是双螺杆压缩机运行过程中的主要故障之一,根据工艺介质的特点和相关理论,对双螺杆压缩机的机械密封结构和型式进行改进设计。利用现有辅助系统和保持现有机封基本结构,把具有"自清洁功能"的双列反向交叉槽型油膜非接触式机械密封应用到螺杆压缩机上,对其应用技术和性能进行了分析,解决了丁二烯螺杆压缩机轴封泄漏的问题。     

密封间隙对汽车冷却水泵性能影响的研究

为探明汽车发动机冷却泵在高负荷运转条件下,普遍存在的性能指标急速下滑,甚至失效的问题,采用CFD数值计算,研究冷却泵密封间隙大小对泵性能参数的影响。分别计算了完全密封、密封间隙分别为0.2mm,0.3mm及无密封条件下的外特性参数,并作了分析对比。计算结果表明,在密封完全失效的条件下,泵指标只能达到设计指标的60%,而在0.2mm间隙下,性能指标也已下降10%。考虑到冷却泵始终处于振动环境中运行,而通常的端面密封很难长时间保持有效。因此,提出一种屏蔽式的冷却泵,并初步进行了研究。     

Exploring Operation Mechanisms of the Flexible Metal-to-Metal Face Seal: Part I—Numerical Modeling and Validations

A numerical model was developed for a special type of metal-to-metal face seal to evaluate its performance under various operating conditions. The model considers interactions among surface deformations due to thermomechanical twists, oil transport in the sealing band, and heat transfer in the seal pair simultaneously. In the meantime, experimental efforts have been made to measure the friction coefficients and seal temperatures during different operations. The model predictions were then compared with the experiment results through the two above-mentioned quantities. The comparisons show that the numerical simulations consistently overestimate the friction by 15–20%. However, the overall trend of friction variation with speed and some details of the friction have been captured, indicating that the current models are able to properly predict tribology of seal operations.