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。     

核主泵用流体动压型机械密封温度场的数值研究

考虑流体粘温效应,建立了典型核主泵用流体动压型机械密封三维稳态传热有限元模型。建立了由流体域及密封环组成的二维轴对称共轭传热有限元模型,计算了对流换热系数。在此基础上,采用有限元软件求解三维模型密封温度,分析了流体入口流速以及转速对密封端面温度的影响。结果表明:深槽结构导致开槽静环密封端面温度分布不均匀;流体入口速度几乎不影响温度分布;增大转速,密封端面温度显著升高。     

螺旋槽机械密封摩擦副界面热力耦合变形分析

基于热力单向耦合理论,对螺旋槽机械密封摩擦副界面的热流体进行Fluent数值模拟,得到密封环的温度场分布规律;将得到的温度场作为边界条件之一导入到密封环端面中进行耦合力变形分析,并研究密封环的转速以及介质压力对动静环最大变形影响。结果表明:动静环的最高温度都出现在液膜和环的接触处,且温度由密封端面开始向两端逐渐降低;密封环的变形量相对于液膜厚度较大,其中静环的变形梯度较动环大,其更容易失效;动静环端面最大变形量随转速和介质压力的升高而增大,在选择工况条件时可适当降低转速和介质压力来减少端面变形量。     

静压式干气密封温度场数值模拟及试验研究*

密封环端面温度是影响静压式干气密封性能的重要因素,可以直接表征密封的工作状态。采用有限元分析软件,通过求解传热方程的方法,建立静压式干气密封环的温度场分析模型,分析异常接触条件下与正常工作条件下密封环端面的温度分布及特点。结果发现：异常接触条件下的密封环端面温度比正常工况条件下高约766%;膜厚增加会使密封环端面温度小幅下降,转速增加会使密封环端面温度大幅升高;腔体压力升高会使端面温度小幅下降,腔体温度升高也会使端面与腔内温差增大。分析温度场对密封性能的影响,发现随着温度的增加,密封开启力缓慢增加,而泄漏量和刚度均有所下降。提出通过温度监测的方式对密封运行状态进行实时监控的方法,并通过试验验证了该方法的可行性。     

基于ANSYS的高压机械密封温度场理论研究

根据热平衡方程推导出高压机械密封中的温升计算公式,并建立了机械密封件温度场的有限元模型,利用ANSYS分析软件求解密封环内部各节点的温度。根据温度场分布图,对影响密封环热影响的主要因素进行了讨论。结果表明:密封端面温度最高且靠近内径方向,应通过改善散热和加强冷却防止因摩擦热使正常压力下的液膜流体达到沸点并汽化;密封介质压力、密封端面的平均直径和转速的增加都会使摩擦热增加,从而使密封端面温度升高;不同密封介质的摩擦因数和传热系数会造成不同的温升;导热率越高扩散热量也就越多,选择导热率高的密封材料能有效地降低密封环温度。     

机械密封动环变形对端面温度场的影响

在合理的假设条件下,考虑到液膜对动环的热量分配系数,基于液体润滑非接触机械密封稳态传热模型,利用ANSYS软件分别对动环变形前后温度场进行计算,得出动环端面温度分布规律,并分析主轴转速、变形角β、液膜厚度、密封环导热系数等参数对温度场的影响。分析结果表明:变形后温度要明显高于变形前温度;动环的高温区出现在内径处;主轴转速、材料的导热系数对动环端面温度有较大影响。     

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.     

圆弧深槽热流体动压机械密封理论研究

提出了用于氏粘度介质的高参数深槽热流体动压机械密封的数值计算方法，该方法综合考虑了密封环形、密封环的热传导、端面摩擦生热和端面液膜压力分布的相互作用，并对圆弧槽热流体动压机械密封进行了三维有限元计算，得出孤密封特性与Ｅ．Ｍａｙｅｒ的试验结果成规律上一致。     

含气介质用机械密封端面两相流动特性*

气液混输条件下,密封腔内的含气率较高将会使得密封液膜中有气体进入,从而导致密封环出现“失稳”现象。为探讨含气介质对机械密封性能的影响,通过建立端面螺旋槽型液膜模型,基于Mixture多相流模型,对端面液膜中气液两相分布及机械密封密封性能进行研究。结果表明：液膜内气相体积分数随气泡直径的减小而增大;不同入口含气率下密封端面两相分布规律相近,含气率较高的位置出现在槽根半径处;随着含气率、转速、压差的升高,〖JP2〗槽根处的压力随之升高,从而影响密封性能;在相同含气率、转速及压差下,随膜厚的增加,泄漏量增大,开启力减小,且较小的膜厚对工况参数的改变更为敏感,槽深与膜厚的相关性较强,优化机械密封结构时需综合考虑两者的影响。     

热弹变形对核主泵用流体静压型机械密封性能的影响

针对核主泵用流体静压型机械密封在高压和高速条件下,其密封性能易受端面热弹变形影响的特点,通过建立收敛台阶端面流体静压型机械密封的稳态传热模型,并考虑流体粘度随压力、温度的变化,建立端面流体膜压力和密封环温度的控制方程,采用有限差分法求解各控制方程,采用有限元法求解密封环热、弹变形,对密封进行流、固、热耦合分析,研究热弹变形对密封性能的影响;同时改变操作参数,研究端面温度、热弹变形、端面流体膜平衡间隙等随之产生的变化规律.结果表明,端面的弹性变形大于热变形;热弹变形的综合影响使端面由外径向内径形成收敛间隙,导致开启力、泄漏率和液膜刚度增加;动环角速度越高,流体温升越大,端面热变形越明显,泄漏率越大;流体注入温度越低,温粘效应越显著;流体注入压力越高,热弹变形量越大,密封端面平衡间隙亦越大.     

空化效应对斜线槽机械密封性能的影响

润滑膜的空化效应对流体动压型机械密封的密封性能影响显著。以煤油基磁流体润滑斜线槽上游泵送机械密封为研究对象,考虑空化热效应以及黏温效应,建立润滑液膜特性的数值分析模型,以液膜中的气相体积分数为指标,研究工况和结构参数对密封性能的影响规律,并与仅考虑黏温效应的模型进行对比。结果表明：因空化热模型考虑液膜介质饱和蒸汽压力随温度变化,考虑空化热效应时的开启力、泄漏率和气相体积分数均小于仅考虑黏温效应下的对应值,但2种条件下各参数的变化趋势基本一致;转速和槽径比增大,空化效应增强,而进口压力、膜厚、径向夹角和槽数的增大会削弱空化效应;转速、槽深、径向夹角、槽径比增加,会导致泄漏率增加,而进口压力和槽数的增加能够提升密封性能。     

油气两相柔性丝刷封传热性能数值分析及试验研究*

为解决大过盈结构的柔性丝刷封局部过热、过多热量传至下游从而影响设备性能等问题,针对轴承腔处油气两相的密封环境和柔性丝刷封大过盈的结构特点,建立油气两相柔性丝刷封传热模型并进行数值计算;试验测量柔性丝刷封挡板的实时温度及刷封的温度变化,研究油气两相介质下柔性丝刷封的温度场分布和传热性能,分析工况参数和结构参数对其传热性能的影响。结果表明：最高温度出现在转子与轴向段刷丝束接触处,轴向段刷丝区存在局部〖JP2〗高温,径向段刷丝无明显温度变化,解释了大过盈结构的柔性丝刷封的传热机制;增大压差、转速和介质油气比均会导致刷封出口热流量增加,压差对出口热流量影响最显著,可设置多级刷封密封装置降低出口热流量以适应高压差的密封环境。以降低出口热流量为目标,得到了结构参数的较优取值范围,可为其传热性能的提升和结构优化提供参考。     

一种液压缸串联式组合密封及流场分析

针对液压缸传统的活塞密封,如接触密封、间隙密封存在的不足,将接触密封与间隙密封沿活塞轴向有机集成,提出一种新型串联式组合密封结构。建立该结构的数值分析模型,通过数值仿真获得流场压力分布、密封圈变形与内泄漏特性,以及结构参数对密封性能的影响规律。结果表明:在进出口压力相同的情况下,相比于接触密封,组合密封的内部结构中压力损失更大,密封圈受到的压力和冲击更小,有利于减少密封件变形;组合密封结构中端部的间隙密封对油液实施了阻滞,使中间的密封圈承受的油液冲击和压力变弱,因而密封圈变形更小;组合密封的多级密封结构能更好地屏蔽泄漏,提升密封性能;组合密封内泄漏受间隙密封长度、密封间隙和油液压力的影响,增大间隙密封长度、减小密封间隙和油液压力,可减少泄漏量。内泄漏物理实验进一步表明,该组合密封能有效减少内泄漏量,提高密封性能,且在密封圈出现损伤故障时,仍能在很大程度上抑制或减少内泄漏,提高密封效果与可靠性。     

双向连通槽热流固耦合热变形研究

针对传统的螺旋槽型不能满足旋转设备反向运转的密封要求的问题,根据双向槽型机械密封结构特点,提出一种双向连通槽型,通过建立热流固耦合模型,确立传热边界条件,采用ANSYS Workbench对几何模型进行单向耦合计算,讨论密封环在转速、压力作用下热变形规律.结果表明:双向连通槽泄漏量整体比螺旋槽型泄漏量小,且双向连通槽由...     

变截面密封圈温度场及密封性能分析

为研究不同工况下变截面密封圈密封特性及润滑油膜温度场与黏温特性的关系，根据变截面密封圈密封机制，建立润滑油膜三维数值计算模型，考虑黏温特性和流体内摩擦效应，采用FLUENT和MATLAB软件，研究变截面密封圈润滑油膜在实际工况下的密封特性以及温度特性。结果表明：考虑黏温特性和在定黏度2种情况下所得结果差距明显，表明黏温特性对密封特性的影响不可忽略；油膜最高温度区域均处于外界环境侧，并随工况的改变而移动；油膜最高温度值随转速增加而升高，随密封压力增加而降低，但转速的影响大于其他工况参数；随润滑油温度升高，考虑黏温特性时油膜最高温度值随之增加，而定黏度时呈先减后增的趋势；泄漏量均随转速、密封压力和润滑油温度的增加而增大，但密封压力的影响最大。     

基于Fluent的轴承腔温度场仿真分析

油气润滑中,轴承转速和空气流量对轴承的工作温度有着重要影响。根据基本润滑原理,推导并计算了深沟球轴承在不同转速和空气流量下的发热量,运用Fluent软件对深沟球轴承的温度场和流场进行仿真计算。根据仿真结果分析,得到了不同转速情况下轴承腔的最高工作温度,并分析了轴承腔空气入口速度和润滑油粘度对轴承内部对流换热系数的影响。     

基于PTFE矩形密封圈的高压容器密封结构设计

PTFE矩形密封圈具有耐化学性能好、截面稳定性高等优点,可以有效解决腐蚀性介质的密封问题。但在实际使用中,PTFE矩形密封圈及其适配沟槽的尺寸设计缺乏参考依据。针对上述问题,根据高压容器端面密封结构的形状与受力特征,在Ansys Workbench中建立PTFE矩形密封圈的二维轴对称模型,采用双线性等向强化模型表征PTFE的力学性能,对基于PTFE矩形密封圈的高压容器端面密封结构进行分析和设计,讨论压缩率、PTFE矩形密封圈几何参数和沟槽结构参数对高压容器端面密封性能的影响。结果表明,压缩率、矩形圈的高度和宽度以及矩形圈与沟槽侧壁的间隙对密封性能的影响较大,而内径对密封性能的影响较小,因而设计时应优先考虑沟槽深度、矩形圈的截面尺寸以及与沟槽的装配位置等参数。确定PTFE矩形密封圈及适配沟槽的尺寸后,采用有限元仿真手段验证了设计的密封结构在常温30 MPa高压下的密封性能,证实了设计的合理性。     

高速箔片端面气膜密封热质传递规律研究

为探究高参数弹性箔片端面气膜密封热性能并开展结构优化设计,基于流体仿真分析软件,建立箔片端面气膜密封热性能分析模型,考虑空气介质实际气体效应影响,研究密封端面气体流动和传热特性,分析不同工况和结构参数对密封端面各流体、固体域最高温度和平均温度的影响。结果表明：箔片端面气膜密封热量主要集中分布在平箔片和密封坝上;随着转速的上升或入口压力、最小气膜厚度的减小,密封环组件各流体和固体域平均和最高温度增大;各流体和固体域平均和最高温度随楔形高度和节距比的增大而减小。     

联体泵-马达壳体内部流动传热特性

联体泵-马达在正常运行过程中,冲洗冷却流动并非直接作用于摩擦副发热位置,使壳体内部的流场存在局部过热的风险,影响整机可靠性和寿命。因此采用了Mixture多相流模型及自编程的网格变形运动和轴承出口控制程序,建立了泵-马达壳体内部流场流动传热特性数值仿真模型并进行了实验验证,模拟分析了油-空气两相流场和温度场,揭示局部热点形成位置和机理,最后设计了冲洗冷却方案。结果表明:泵侧温度沿周向均匀分布,马达侧温度呈上高下低分布,流场最高温度在球碗表面;分散布置泵侧和马达侧出口位置及增大冲洗量可降低流场最高温度,冷却冲洗入口分散布置可改善流场温度分布的均匀性。