粗糙表面的气体密封性能研究

高精度的气体密封是现代工业和国防工业的关键技术之一,以粗糙表面干接触气体静密封问题为研究对象,基于自回归(Autoregressive,AR)时间序列的数字滤波技术,利用计算机生成具有给定自相关函数和纹理取向的高斯分布的数值化粗糙表面,根据气体在微纳米粗糙表面间隙流动理论,建立粗糙表面静接触间隙气体密封模型,通过对气体在接触间隙流动的数值模拟,分析表面粗糙度纹理方向、方均根等粗糙表面表征参数在名义气体膜厚变化时对气体泄漏量和密封压力的影响,给出粗糙表面形貌参数和密封压力与气体密封性能之间的关系.在粗糙间隙雷诺方程中引入两个气体压力流动流量因子,使得随机雷诺方程变为普通雷诺方程,从而方便工程应用.以某低温气体密封阀为例,分析泄漏量与密封载荷、表面粗糙度参数等参数之间的关系,从而为阀门密封设计提供理论基础.     

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。     

平板式固体氧化物燃料电池封接气密性的LBM模拟与分析

对平板式固体氧化物燃料电池(SOFC)的压缩密封结构的泄漏特性进行定量研究。为模拟粗糙泄漏通道的复杂形貌,采用粗糙表面数值重构技术来构建不同气体泄漏通道;考虑流动通道尺度细微、边界复杂,应用格子Boltzmann方法(LBM)对气体流动特性进行数值分析,建立包括粗糙表面几何特性参数在内的泄漏率计算模型;通过单粗糙峰微观接触力学分析,建立泄漏通道结构特征参数随应力变化的定量关系式,并分析各种因素对封接气密性的影响。结果表明:压缩密封结构的主要影响因素为粗糙表面形貌、密封材料机械力学特性、密封流体物性以及密封结构工作状态;表面粗糙度越大,温度越高,泄漏率越低;压缩密封过程中材料变形较小,对泄漏率的影响也较小;不同介质的热物理性质差异会引起泄漏率的不同。将提出的模型应用于某SOFC密封结构的泄漏率预测,计算结果与实验测量结果吻合良好,验证了模型的准确性。     

炼化装置管道法兰完整性管理方法的研究应用

炼化装置管道的泄漏问题一直是困扰炼化企业的难题。针对这个难题,国内学者开展了大量的工业管道法兰的泄漏与防护研究工作。通过对典型装置中工业管道法兰静密封接头泄漏问题的统计、分析,总结泄漏规律,在总结泄漏原因及管道特点的基础上,结合静密封点信息化管理技术、密封接头适用性评价与寿命预测技术和螺栓法兰接头紧固技术,确定管道静密封接头的剩余寿命,减少泄漏事故的发生。管道法兰静密封完整性管理方法的研究应用对规范装置的泄漏管理、控制静密封接头泄漏导致的潜在风险以及提高静密封管理水平具有重要作用。     

基于逾渗理论的接触式机械密封泄漏特性分析

以接触式机械密封动、静环接触界面为研究对象,分析其表面微观形貌中的自仿射分形特性,结合逾渗理论,对密封端面泄漏通道特性进行理论分析,并利用Fluent软件对微通道内的流体流动进行数值模拟,探讨机械密封的端面载荷、表面形貌参数对泄漏量的影响。研究结果表明,密封端面的泄漏量随密封端面分形维数的增加而降低;在某一确定分形维数下,随着表面轮廓尺寸系数的增大,泄漏率也相应增大;端面比载荷对机械密封泄漏率的影响存在但并不显著。逾渗理论是一种研究多孔介质的强无序及随机几何结构端面特性的较好方法,对实现机械密封工作状况的正确判断,指导机械密封件的设计、制造、使用和维修具有一定的指导意义。     

非API套管接头主密封结构气密性能试验分析

非API套管接头主要通过金属对金属的径向过盈主密封结构,保证气井开采时的井筒内气密性。依据7 in．套管接头尺寸选用锥面对锥面径向主密封结构型式加工试件,通过密封面过盈配合尺寸控制密封预紧力,测试不同密封预紧力下的气体泄漏率;分别采用车削、磨削和研磨工艺加工接触面,对比分析不同表面粗糙度对气密性能影响程度;取径向密封接触宽度范围2．5～25 mm,测试相同密封预紧力和气体压力下,不同接触宽度对应的气体泄漏率。试验测试结果表明,较高的初始接触压力是形成金属对金属密封的必要条件,当接触压力接近2倍材料屈服强度后,随气体压力升高泄漏率曲线近似保持水平,径向金属密封产生稳定气密性能;密封面的表面粗糙度不同,其进入稳定密封状态的快慢程度不同,表面光洁度越高、进入速度越快气密性能越好;径向接触宽度在2．5～10 mm范围内,气体泄漏率随接触宽度增加而显著降低,10 mm以后接触宽度对气密性能影响不大。     

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。     

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。     

泵用机械密封的维修

泵用机械密封种类繁多,型号各异,但泄漏点主要有五处：（１）轴套与轴间的密封;（２）动环与轴套间的密封;（３）动、静环间密封;（４）静环与静环座间的密封;（５）密封端盖与泵体间的密封。一般来说,轴套外伸的轴间、密封端盖与泵体间的泄漏比较容易发现和解决,但需细致观察,特别是当工作介质为液化气体或高压、有毒有害气体时,相对困难些。其余的泄漏直观上很难辩别和判断,须在长期管理、维修实践的基础上,对泄漏症状进行观察、分析、研判,才能得出正确结论。 一、泄漏原因分析及判断 １．安装静试时泄漏。机械密封安装调试…     

机械密封密封性的研究

本文介绍了静态密封实验装置及其试验过程。通过试验,作者观察了密封泄漏现象,证实了零泄漏的存在,分析了泄漏的临界状态,测定了密封介质为清水和油时的临界载荷系数,为机械密封的设计提供了依据。     

基于流固耦合的橡胶O形圈密封泄漏计算方法*

提出一种基于流固耦合的橡胶O形圈静密封泄漏计算方法。对平行平板泄漏模型进行改进,使其适用于通道截面高度可变的泄漏率、介质压力计算;采用有限元仿真方法进行固体力学分析,求解宏观接触压力;采用Greenwood-Willamson模型进行接触力学分析,求解泄漏通道平均高度。基于数值方法研究介质压力、环境温度、表面形貌参数对橡胶O形圈密封性能的影响规律。结果表明,随着介质压力、环境温度、表面高度分布标准差的增大,体积泄漏率逐渐增大。上述数值方法以泄漏率作为表征密封性能的参数,能综合考虑橡胶材料、介质、工况等多种因素对O形圈密封性能的影响,对橡胶O形圈的寿命预测和失效分析更具指导意义。     

填料密封的分子密封学

1.填料泄漏的原因介质分子对填料的作用有六种形式:(1)介质分子的渗透泄漏(非界面);(2)介质分子的“楔入”穿越(界面);(3)介质分子的“全压效应”(界面);(4)介质分子的撞击力嵌入(气体介质);(5)介质分子的斥力挤出(液体介质);(6)介质分子的斥力技入(液体介质).介质分子对填料作用被阻止,即密封有效,未被阻止,则密封失效.填料与函壁或杆表面接触处为界面,填料不与函壁或杆表面接触处为非界面.杆移动时填料有两种状态(图1).     

基于超声阻抗识别的阀门填料密封气体泄漏在线检测

目前阀门填料密封缺乏一种适用面广、成本低、精度高的气体泄漏在线检测技术,为此提出一种基于超声阻抗识别的阀门填料密封气体泄漏在线检测方法,该方法通过收集阀杆处泄漏的气体,使之通入检测液体中产生气泡,通过超声传感器识别气泡的阻抗来对气泡进行计数,从而实现气体泄漏量的测量。搭建基于高速摄像的气泡上浮动力学实验装置,系统研究采用水和离子液体作为检测液体对气体泄漏检测精度的影响,设计了超声传感信号采集和无线通信的软硬件系统,编制了APP程序,实现了阀门填料密封气体泄漏远程在线检测,检测值的误差小于5%。     

接触式密封结构泄漏模型研究现状及发展

密封结构失效导致的泄漏故障已成为影响产品使用可靠性和安全性的关键因素之一,因此开展密封失效研究已成为当前的热点和难点。针对接触式密封结构泄漏研究所包含的表面接触问题与密封界面渗流问题两部分内容,介绍了Hertz接触模型、统计学接触模型以及分形接触模型,并对3种经典的接触模型的优缺点进行了评述;梳理了基于分形理论、多孔介质理论以及逾渗理论等3种常见的密封泄漏模型的研究现状。总结了基于人工神经网络、数值仿真计算和格子玻尔兹曼等3种未来可能在密封结构泄漏研究领域出现的研究热点方法,为密封连接系统的设计和密封界面的机械加工提供了理论依据和指导。     

新型气体密封装置

本文介绍了一种瓣研制成功的专利产品－－径向迷宫式回转轴密封装置。文章简要描述了这种新型密封装置的结构特点，概要介绍了介质泄漏量的基本计算方法，以及该密封装置的实验及应用情况。     

金属垫片密封泄漏模型试验研究

建立了气体通过金属垫片的泄漏模型.对常温下金属平垫片密封性能进行了试验研究,研究了压紧应力、介质压力和表面形貌对密封性能的影响.试验表明,泄漏率随分形维数、压紧应力和尺度系数的变化规律与理论模型的描述基本一致,泄漏率的理论计算值与试验结果吻合较好,表明建立的金属垫片泄漏模型是合理的.建立的泄漏率计算公式将泄漏率、压紧应力、介质压力和密封表面分形参数联系在一起,因而使以最大允许泄漏率为准则的金属垫片密封连接设计以及紧密性评价成为可能.     

双向平衡型上游泵送机械密封的研制

本文基于机械密封需要双向承压且对泄漏量有苛刻要求的工况,提出了采用双向平衡型上游泵送机械密封这一解决方案。该方案兼具双向平衡型和上游泵送的结构,既适应工况变化引起的内侧和外侧的压力变化,又可实现泵出口侧向电机侧的零泄漏。在详细设计时,以泄漏量为设计原则,基于零逸出泄漏模型,求解密封主要参数。在优化设计时,利用ANSYS软件对动环加载离心力、介质压力、环体温度,对静环加载介质压力、环体温度、弹簧力,实现离心应力、介质压力、热应力的耦合,模拟应用条件下的受力状态及变化规律,并根据变化规律调整应力分布,避免应力集中,优化端面变形,利于机械密封的正常、稳定、可靠运行。研究表明,合理选型和设置密封参数,耦合状态下的优化设计可实现内外侧压力交替变化下的零泄漏。     

基于多孔介质理论的双粗糙面金属静密封泄漏模型

粗糙面微观几何形貌是影响静密封泄漏特性的重要因素。应用粗糙面的三维点云数据,将粗糙面进行离散化处理,进而将由双粗糙面构成的密封界面等效为三维逾渗栅格模型,基于多孔介质理论计算得到密封界面的孔隙率和渗透率,从而建立了一种双粗糙密封界面的泄漏率模型。搭建金属静密封泄漏率测量试验台,通过对环面金属静密封泄漏特性的试验研究,验证了该泄漏模型的有效性。利用该模型分析了表面纹理方向、粗糙面波动频率与材料特性对金属静密封泄漏特性的影响。结果表明：各向异性粗糙面构成的密封界面具有较好的密封性能;粗糙面波动频率越大,密封性能越好;低硬度材料易于实现有效密封;在重载情况下,粗糙面微观几何形貌对孔隙率与泄漏率的影响不显著。     

表面粗糙度对螺旋槽干式气体密封性能的影响

考虑螺旋槽干式气体端面密封(S-DGS)的表面粗糙度,通过求解可压缩流平均雷诺方程,研究了不同速度条件下密封端面不同区域的各向同性表面粗糙度对密封气膜刚度和泄漏量的影响。结果表明:密封端面各区域表面粗糙度对密封性能的影响规律各不相同,并且转速对表面粗糙度与密封性能的关系产生影响;为满足气体密封具有较高气膜刚度的同时具有较低的泄漏量,同时满足较高的性价比,设计时应选取合适的表面粗糙度值。     

吊装孔螺栓-法兰-垫片结构的泄漏率预测及参数优化

吊装孔是船舶舱室等设备结构的重要贯穿件之一,也是主要的泄漏源之一,因此有必要开展吊装孔螺栓-法兰-垫片密封结构的泄漏率预测和控制开展研究.将接触界面视作复杂微孔结构,基于多孔介质渗流理论确定了接触界面微孔结构及其变形与气体输运之间的定量关系,构建接触密封泄漏率机制模型.该模型综合考虑微观接触界面流动分析与宏观结构力学分...