基于ANSYS的大口径金属硬密封球阀泄漏分析

为研究大口径金属硬密封球阀的密封面性能，建立了球阀的主密封结构有限元模型，分析其在常温高压、高温高压下的应力变化及间隙变化。以阀芯弹性模量、阀芯半径、密封面轴向投影为优化变量，最终得到各参数对泄漏的影响。结果表明：在一定范围内，增大阀芯半径以及减小密封面轴向宽度，能减少泄漏，为大口径球阀的设计提供了参考。     

基于流固耦合的液压阀芯均压槽多目标优化设计

高压大流量换向阀依靠阀芯的移动来实现控制执行机构的运作,合理的设计阀芯上均压槽的尺寸、槽间距与阀芯与阀套间间隙能够降低阀芯与阀套之间的卡紧力与泄漏量。基于ANSYS建立流固耦合三维求解模型,以矩形均压槽宽深比、槽间距和阀芯与阀套间间隙为设计变量,将泄漏量、卡紧力与等效应力作为响应变量,通过建立Non-Parametric Regression响应面模型,分析了设计变量对响应变量的影响。结合多目标遗传算法(MOGA),实现阀芯均压槽的尺寸与分布的优化设计。当均压槽槽宽与槽深比值为0.83,槽间距为1.43 mm,阀芯与阀套间间隙为0.027 mm时,泄漏量与卡紧力能够较小,其值分别为6.05 mL·min^-1和0.28 N,与优化前相比泄漏量降低了25%,卡紧力降低了36%。为阀芯均压槽的尺寸设计提供了参考。     

接触式中间旋转环式机械密封的结构优化

借助ANSYS分析影响中间旋转环式机械密封性能的关键结构参数,结果表明,静环和动环的伸出长度对密封性能的影响很小,中间环厚度和密封面宽度对密封性能的影响较大,且中间环厚度及密封面宽度对密封性能的影响是相互独立的;中间环厚度增大时,最高温度和最大等效应力减小,但最大接触压力和泄漏量增大;密封面宽度增大时,最高温度、最大等效应力和泄漏量增加,但最大接触压力减小。对密封环结构进行优化,得出最佳的动静环伸出长度、中间环厚度和密封面宽度,优化后机械密封的最高温度、最大等效应力、最大接触压力下降,对机械密封的运转更为有利。     

油套管特殊螺纹密封面微观泄漏机制研究

特殊螺纹金属对金属密封的可靠性不仅与主密封面的结构和油套管材料性能有关,而且与螺纹接头密封面表面粗糙度、泄漏介质特性等因素有关,其密封性能的研究是一项复杂而又难以解决的问题。在微观尺度下,分析特殊螺纹金属对金属气密封泄漏机制,并建立微观尺度下气体通过金属密封间隙泄漏速率的理论模型;在考虑密封表面粗糙度的情况下,建立特殊螺纹气体泄漏率的数学模型。以锥面对锥面密封为例,研究密封表面接触应力、表面粗糙度和密封面接触长度对特殊螺纹气体密封性能的影响。计算结果表明:随密封面接触应力的增大和密封面有效接触长度的增加,气体泄漏率均呈幂率指数规律降低;随密封面粗糙度的增加,气体泄漏率随之增大。     

中间旋转环式机械密封结构优化研究

借助ANSYS分析影响中间旋转环式机械密封性能的关键结构参数,结果表明,静环和动环的伸出长度对密封性能的影响很小,中间环厚度和密封面宽度对密封性能的影响较大,且中间环厚度及密封面宽度对密封性能的影响是相互独立的;中间环厚度增大时,最高温度和最大等效应力减小,但最大接触压力和泄漏量增大;密封面宽度增大时,最高温度、最大等效应力和泄漏量增加,但最大接触压力减小。对密封环结构进行优化,得出最佳的动静环伸出长度、中间环厚度和密封面宽度,优化后机械密封的最高温度、最大等效应力、最大接触压力下降,对机械密封的运转更为有利。     

密封面宽度对大潜深船舶尾轴机械密封性能的影响

以水下航行器尾轴机械密封为研究对象,应用有限元方法对不同潜深下、不同密封面宽度的机械密封的性能进行分析对比,探究在大潜深、低转速特殊工况下机械密封面宽度对密封性能的影响。结果表明,当密封面宽度一定时,随着潜深的增加,密封面的最高温度、最大接触压力和轴向应力均随着潜深的增加呈线性上升;当潜深深度一定时,密封面宽度越大,动静环的最高温度越高,最大接触压力和最大轴向应力增加也越快;在相同的工况条件下,泄漏量随着密封面宽度的减小而减少。由此可见,在大潜深、低转速特殊工况下,选择较小的密封宽度有利于降低最高温度,降低最大的轴向应力和接触压力,减少泄漏量。     

基于弹流理论的叶片动密封膜厚与泄漏量的数值研究

以矩形截面门柱形弹性叶片密封为研究对象,基于弹性流体动力润滑理论的膜厚方程,在求解密封表面接触压力的基础上,建立了叶片动密封泄漏量的数值模型;编写了MATLAB求解程序,基于实例进行了膜厚和泄漏量计算.计算结果表明,在密封压力20MPa时,密封表面接触压力在(20.2～23.2)MPa之间,当与密封面相对运动的刚体为平面时,油膜厚度仅约0.05 μm,当与密封面相对运动刚体为凸面时,油膜厚度约0.5μm,由此引起的单只叶片密封的动密封泄漏量约0.15ml/min.     

基于响应面法的柱塞泵迷宫密封优化设计

为了优化柱塞泵的迷宫密封结构减少泄漏量,选取密封槽角度、高度、宽度等参数为优化变量,以泄漏量最小为优化目标,采用神经网络响应面对迷宫密封结构建立了优化模型,并分析了各设计参数对泄漏量的影响;基于建立的响应面模型,以泄漏量最小为优化目标,应用遗传算法进行了优化计算,优化后的迷宫密封结构的泄漏量比原型降低了97.3%,并对优化后的结构应用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)进行了验证,结果表明该优化结果比较准确。     

给水泵再循环最小流量阀国产化改造

介绍了给水泵再循环最小流量阀,并对其故障原因进行分析。分别从多层套筒布孔位置、密封结构、小阀芯密封面尺寸、大阀芯密封面结构等方面,对给水泵再循环最小流量阀进行优化改造,实际使用效果良好。     

楔式弹性闸阀密封面泄漏分析

楔式弹性闸阀密封面泄漏分析牡丹江阀门总厂夏福权，权尚吉楔式弹性问间密封面泄漏是影响产品质量的主要问题。由于影响密封的因素很多，本文仅从工艺方面进行分析。１．密封面加工质且对于刚性密封副，保证密封的方法是将两个密封面相互贴合，使表面间的间隙成为毛细孔状...     

基于声发射理论的安全阀气体内漏信号特征研究

基于声发射理论,研究安全阀气体内漏情况下的信号特征。设计搭建了安全阀内漏模拟试验台和安全阀内漏声发射信号检测系统,通过理论分析和试验研究的方法,模拟了安全阀密封面划伤、密封面出现单个漏孔、密封面出现多个漏孔等内漏情况,研究了这些情况下声发射信号的频谱特征,泄漏率对于声发射信号特征参数平均信号电平(ASL)的影响,以及泄漏率与平均信号电平之间的量化关系,为实现安全阀内漏在线监测奠定基础。     

船舱隔壁螺旋槽旋转密封装置密封性能优化

为研究螺旋槽旋转密封装置用于船舱隔壁密封的密封性能,同时获取螺旋槽结构的最优取值范围,对螺旋槽各参数对泄漏量影响规律进行理论分析;选取泄漏量的显著性影响因素,采用Box-Behnken优化方法设计密封装置泄漏量试验,得到多型样机泄漏量测试结果;建立泄漏量和各影响因素间的数学模型,获得不同影响因素对泄漏量的二阶交互作用响应面,分析不同影响因素间交互影响规律。结果表明：螺旋槽密封装置泄漏量随槽数、螺旋角和槽深比的增大均先增大后减小,随槽台比和槽坝比的增大则逐渐增大;建立的数学模型计算结果和试验数据相关性较强,表明该模型可用于准确预测船舱隔壁螺旋槽旋转密封装置泄漏量。     

密封结构中粗糙表面特征对其气密性的影响

基于Gauss分布函数和指数自相关函数关系建立三维粗糙表面的数学模型,获得密封面的数值粗糙表面。进而在三维数值粗糙表面的基础上,采用流动数值分析方法,对金属垫片密封结构的气密性进行了研究,分析表面粗糙度、应力以及材料力学特性等相关参数对泄露率的影响。为构建泄漏率表达式,引入流量因子表征现有模型泄漏率与平行圆板模型的差异,流量因子是膜厚比的函数。该工作实现了静接触密封结构泄漏特性定量评估的数值分析方法,对各种硬密封结构的高精度设计有着重要指导意义。     

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。     

膜片式先导水压溢流阀仿真与试验研究

由于水的粘度低和润滑性差,先导型水压溢流阀中主阀芯与阀套之间的密封与润滑问题一直是影响阀静动态性能的关键性技术难题。设计出一种采用膜片密封的新型先导型水压溢流阀,较好地解决了先导型水压溢流阀的密封与润滑难题。建立该阀的数学模型,对其静态特性进行理论分析和计算,对其动态特性进行仿真,分析主阀下腔容积、阻尼孔直径、先导阀弹簧刚度、主阀上腔容积以及阀芯质量对阀压力响应和压力超调量等动态性能的影响。制作样机并对其调压范围、启闭性能和动态性能进行试验研究。试验结果表明,样机的压力调节范围较大、启闭特性非常好、压力超调量较小以及升压时间较短,验证了该阀能较好地解决主阀芯与阀套之间的密封与润滑难题。     

Nonlinear sealing force of a seawater balance valve used in an 11000-meter manned submersible

Balance valve is a core component of the 11000-meter manned submersible “struggle,” and its sealing performance is crucial and challenging when the maximum pressure difference is 118 MPa. The increasing sealing force improves the sealing performance and increases the system’s energy consumption at the same time. A hybrid analytical–numerical–experimental (ANE) model is proposed to obtain the minimum sealing force, ensuring no leakage at the valve port and reducing energy consumption as much as possible. The effects of roundness error, environmental pressure, and materials on the minimum sealing force are considered in the ANE model. The basic form of minimum sealing force equations is established, and the remaining unknown coefficients of the equations are obtained by the finite element method (FEM). The accuracy of the equation is evaluated by comparing the independent FEM data to the equation data. Results of the comparison show good agreement, and the difference between the independent FEM data and equation data is within 3% when the environmental pressure is 0–118 MPa. Finally, the minimum sealing force equation is applied in a balance valve to be experimented using a deep-sea simulation device. The balance valve designed through the minimum sealing force equation is leak-free in the experiment. Thus, the minimum sealing force equation is suitable for the ultrahigh pressure balance valve and has guiding significance for evaluating the sealing performance of ultrahigh pressure balance valves.     

三偏心蝶阀密封面在位测量的点云数据处理方法

三偏心蝶阀依靠蝶板和阀座密封面的充分面接触实现零泄漏的密封效果,而密封面的加工制造精度对密封性能有着至 关重要的作用。 现有的密封面测量主要依赖离线测量的方式,存在着测量基准不统一、二次装夹造成的测量误差等问题。 本文 提出了密封面精密在位测量技术以及原始点云数据处理方法。 针对被测密封面,提出波谷-聚类算法和考虑约束条件的法矢- 曲面拟合算法,得出密封面的关键参数和加工误差。 该算法较最小二乘法等算法在相对求解精度上提高了 60% 以上。 现场在 位测量的三偏心蝶阀密封面锥角与三坐标仪测量结果的相对误差仅为 0. 43% ,满足测量相对误差±0. 5% 的要求,密封面在位测 量技术的测量精度得到了有效验证,为今后高端阀门的精密测量提供了可靠的技术手段。     

先导式溢流阀结构参数对泄漏的影响

针对某型先导式溢流阀需要对泄漏进行控制的问题,推导出考虑形位公差和安装偏差的溢流阀泄漏量数学表达式,同时建立泄漏情况下的溢流阀未开启、前置级开启、主阀开启3种状态的流量数学模型,并利用AMESim软件仿真验证了模型的有效性。根据模型分析了溢流阀主阀直径、主阀半锥角、主阀密封长度、主阀密封间隙等主要结构参数变动对泄漏和流量的影响,并给出一组结构参数,可在保证流量的前提下满足泄漏量的要求。     

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。     

基于分子动力学的密封副润湿特性对泄漏量影响研究

在微纳尺度下的间隙密封中,流体流经不同润湿特性的界面时固液交界处会产生不同程度的边界滑移,进而影响其流动状态及泄漏量。为深入研究密封副润湿特性与泄漏量关系,基于分子动力学原理,建立间隙密封模型,模拟在不同润湿性的壁面上,以不同壁面运动速度剪切下表层水分子的边界滑移及其单向泄漏情况。研究结果:表明壁面上的最大剪应力随壁面运动速度的提高呈线性增加,在高速的剪切作用下,亲水性壁面上依然会产生轻微的边界滑移;随着剪切速率的增加,滑移长度与泄漏量趋于稳定;在实际生产中通常剪切速率较小,剪应力不足以引起边界滑移,水分子易吸附于壁面之上导致更大的泄漏量,因此在低剪切速率下,壁面润湿性对于单向剪切泄漏的影响很小;而在剪切速率较高时,润湿性较差的壁面上泄漏更小,因此可以通过在密封表面采用疏水涂层处理以达到更好的密封效果。