工况自适应机械密封结构设计与试验

石油化工装置泵用机械密封多为正压单一流体膜设计 ,在装置启动或调节过程中 (过渡过程 ) ,密封腔压力将随装置当时操作条件变化而变化。如果装置抽空操作密封腔出现负压改变了机械密封动静环设计使用条件下的力平衡关系 ,摩擦副轴向可能仅受弹簧力和大气压力作用。如果大气压力作用产生的轴向力大于弹簧力会使摩擦副产生轴向位移 ,造成静环辅助密封圈脱离环座 ,诱发密封失效。过渡过程还可能诱发机械密封端面分离 ,原因在于过渡过程中密封腔压力下降 ,介质气化 ,密封配合面间的流体膜发生相变膜压的合力增大 ,推开密封面 ,也可能使气化后的密封面处于干摩擦状态 ,密封失效。为防止摩擦副整体位移 ,提出了利用波纹管有效作用直径同密封面的内外径相协调的设计结构 ,保证大气压力产生的轴向推力始终与弹簧推力同方向。同时 ,进行了理论分析和试验 ,证明结构可行     

工况自适应机械密封结构设计与试验

石油化工装置泵用机械密封多为正压单一体膜设计,在装置启动或调节过程中（过渡过程）,密封腔压力将随装置当时操作条件变化而变化。如果装置抽空操作密封腔出现负压改变了机械密封动静环设计使用条件下的力平衡关系,摩擦副轴向可能仅受弹簧力和大气压力作用。如果大气压力作用产生的轴向力大于弹簧力会使摩擦副产生轴向位移,造成静环辅助密封圈脱离环座,诱发密封失效,过渡过程还可能诱发机械密封端面分离,原因在于过渡过程中密封腔压力下降,介质气化,密封配合面间的流体膜发生相变膜压的合力增大,推开密封面,也可能使气化后的密封面处于干摩擦状态,密封失效。为防止摩擦副整体位移,提出了利用波纹管有效作用直径同密封面的内外径相协调的设计结构,保证大气压力产生的轴向推力始终与弹簧推力同方向,同时,进行了理论分析和试验,证明结构可行。     

动压式机械密封技术及相关问题研究

流体动压机械密封和流体静压机械密封都是非接触式机械密封。流体动压密封是利用流体动压效应产生流体动压承载能力,使密封面完全分开的密封,其理论基础仍然是雷诺方程。在流体动压密封中摩擦副表面的分离和承受挤压载荷是靠流体在摩擦力作用下从间隙收敛部分压出产生作用力来实现的。收敛间隙是通过在密封面上开槽、开口或台阶来产生的。这些槽的轴向深度与密封面流体膜处在同一量级,为m量级。     

外部动环密闭式机械密封的研究

机械密封是一种用来解决旋转轴与机体之间密封的装置,在现场应用中因动环和静环不能贴合形成密封面会造成大量漏失。统计2016年周矶站机械密封更换情况,发现机械密封性能缺陷是问题的关键所在(占50%)。进一步从输送介质、操作人员、工作环境、密封情况等方面对机械密封性能缺陷进行分析,认为弹簧结构不适合工况条件是产生性能缺陷的主要因素。从研制适合工况的弹簧和改进机械密封结构两个方面展开对机械密封的改进研究。实践表明,将机械密封改为外部动环密闭式机械密封效果更好,此种机械密封具有体积小、适应力强、便于拆卸,可在泵外部进行维护保养,以及安装时技术要求比较低等优点。     

泵用机械密封端面摩擦因数试验研究

泵用机械密封在运行过程中最常见的现象是端面间的摩擦,端面的摩擦因数是表征摩擦特性的关键参数.从微观角度探讨了机械密封端面摩擦因数与摩擦状态的关系.在自行研制的机械密封计算机辅助试验装置上对泵用GY70型机械密封的端面摩擦因数进行了试验研究.结果表明,随着弹簧比压的增大,摩擦因数增大;当弹簧比压较小时,随着转速的增大,摩擦因数以较快的速度增大,当弹簧比压达到0.0866MPa后,转速对摩擦因数几乎无影响;当转速及弹簧比压都较小时,介质压力对摩擦因数的影响很小,当转速较大或弹簧比压较大时,随着介质压力的增大,摩擦因数减小.     

硬密封球阀主密封副接触的特性分析

为研究金属硬密封球阀主密封面密封比压变化规律,建立了球阀的主密封结构有限元模型及密封性能评价模型,采用硬接触小滑移算法对密封副接触进行非线性有限元分析。计算了不同压力角、密封宽度以及密封面平均直径与进口阀座套筒外径比值下的密封比压并评价其密封性能,讨论了这三个变量在设计时的取值范围。结果表明:在不同压力角与密封宽度下,密封面上比压分布分别呈现抛物线与反比例函数趋势;在满足密封条件下,尽可能选择较大的压力角以减小摩擦转矩;密封面宽度选择存在一个最优值,当径向投影宽度大于7mm时密封不严,小于5mm时造成应力集中。     

倾斜菱形孔端面密封的性能研究

基于流体润滑理论模型,采用数值模拟的方法分析几何参数和操作参数对机械密封泄漏率、液膜刚 度和开启力的影响规律,探讨倾斜菱形孔上、下游泵送效应对密封性能的影响机理。结果表明,双向倾斜菱形孔织 构端面能够使机械密封的动压效应显著增强,泄漏率明显降低及液膜稳定性更可靠;在较低转速时,双向倾斜菱形 孔织构可使密封端面迅速打开,能够有效减少启动时两端面间的摩擦和磨损,同时还能降低倾斜菱形孔织构密封的 泄漏率;在研究的工况条件下,非倾斜菱形孔织构密封的液膜稳定性(即变工况自适应能力)在三者(即双向、单向与 非倾斜菱形孔织构密封)中是最佳的;并得到了倾斜菱形孔端面密封的反向开孔比、孔倾角、面积比和孔深等几何参 数的优化取值范围。     

球铰式转轴密封装置研究

提出了一种球铰式回转轴密封方法。这种密封方法是为了消除径向力对密封系统的影响,降低密封系统对回转机构的加工精度和安装精度的要求,补偿工作磨损误差,延长密封寿命,这种密封主要利用球形铰接可适应任何方向回转运动的特点,将球铰密封中的密封定轴固定的回转轴上,密封转轴固定在机器壳定体上的流体从这2个空心的具有相对回转运动的密封轴内腔流过,密封定轴和密封动轴之间的的球形配合面形成主密封面,弹簧力和流体作用力使主密封面形成的配合间隙是该密封的关键。作者对球铰式密封机理及密封性能进行了研究,并将密封装置安装在某矿山的大直径高风压深也潜孔钻机上应用,实现了7个月无泄漏现象,大大减少了处理泄漏的停产时间,理论分析和实践结果表明,这种密封方式是降低流体机构制造成本,减少维护,提高使用寿命的有效措施,在各种以油液或气体为介质的中、低速回转机械,尤其是对承受强烈冲击振动的流体机械中,具有重要的推广价值。     

高温油泵波纹管式机械密封故障分析及改进

通过对波纹管式机械密封的端面比压和摩擦副环变形分析，说明了热油泵的密封故障是端面比压过低及静环受轴向力变形而引起的．对密封重新选型并改进了结构，解决了问题     

深槽端面机械密封热流体动压特性的近似计算

建立了一个以过热水为工作介质、以平行端面为密封面的物理模型,给出了流体动压机械密封的端面密封面流量、端面温升、端面承载能力、端面摩擦功耗和膜压系数等性能参数的计算方法．通过验证,表明这种方法是可靠、合理的,可为进行类似条件下的密封研究提供一种参考。     

液体润滑螺旋槽机械密封性能的数值分析

采用有了差分数值计算方法,求解螺旋槽液体润滑的雷诺方程,获得了液体润滑螺旋槽机械密封端面的液膜二维压力分布,并计算了分析操作参数和结构参数对密封端面开启力和液膜刚度的影响。     

Analysis of Force Characteristic and Friction State on the Sealing Ring Used in Composite Transmission

Based on analysis of flow field of the rotary seal using sealing ring, mechanical models under the condition of full film friction and mixed film friction were established respectively. The influence of friction state of the sealing ring on seal performance was also discussed. The relation between force characteristic and structural parameters of the sealing ring was analyzed. Analytical results indicate that friction state mainly depends on structural parameters of the sealing ring. The expression of calculating friction torque under the condition of mixed film friction was deduced. Experiment verification had been done. Experimental results agree with the deducing theoretical conclusions on the whole. It lays the foundation for design of new type of sealing ring used in composite transmission.     

螺旋槽干气密封润滑气膜摩擦系数的规律探寻

高参数工况下的气膜摩擦力对干气密封性能的影响不可忽视。基于密封系统和动静环的结构特点,建立了润滑气膜计算域模型,使用ICEM划分网格,采用Fluent软件数值模拟获得气膜压力分布和速度分布,最后通过牛顿内摩擦定律计算得到润滑气膜摩擦系数。结果表明,槽型参数不变,润滑气膜摩擦系数随转速的增大而增大,随介质压力及平均气膜厚度的增大而减小;工况参数不变,气膜摩擦系数随根径的增大而增大,随槽数及槽深的增大而减小,且在75°~76°螺旋角范围内较为稳定。     

高速动压密封的气液两相性能对比分析和试验

为明确气相介质和液相介质分别对高速流体动压密封性能的影响,进行两种相态的密封性能对比分析与试验研究.分别建立动压密封端面流体域的气相和液相数值分析模型,分析转速、压差、槽深、槽数、槽坝比等操作参数和端面结构参数对动压密封气相和液相的泄漏量、开启力等性能的影响.自主研制动压密封试验装置,进行变转速、变压差和密封端面磨损试验,得出了转速、压差等操作参数对密封气相泄漏率、液相泄漏率和端面磨损率的影响.数值模拟和试验研究结果表明:相同的转速和压力时,液相密封开启力和泄漏量都比气相密封更大;不同结构参数下,气相和液相密封开启力均有极大值,气相密封和液相密封开启力达到极大值的最优结构参数有所不同,液相密封的最优槽坝比、最优槽数较气相密封小,液相密封开启转速较气相密封低,说明液相动压密封比气相动压密封更容易开启;低速时密封端面磨损较严重,高速时密封端面几乎无磨损,动压密封更适合在高速工况下运行.     

机械密封混合摩擦微极流场数值模拟

机械密封混合摩擦求解涉及到弹性变形和流体动力润滑之间多物理量的流固耦合作用,计算难度较大,没有现成的商业软件可直接解决这个问题,因此采用C语言编程计算。考虑微极流体效应构建了混合摩擦的力学和数学模型,并利用有限差分法进行数值求解,获得了不同微极参数下内部流场的压力分布及机械密封泄漏量数值。计算结果表明,微极参数耦合数和特征长度的增加将使液膜的压力增大,从而减小内外压差使泄漏量下降,保证了密封的可靠性。     

转子─轴承系统非线性失稳因素分析

对引起转子-轴承系统失稳的主要因素：非线性油膜力、转轴材料的内摩擦、动压密封力、蒸汽激振力进行了分析非线性油膜力对转子-轴承系统的稳定性影响最大,应重点分析和研究在非线性油膜力作用下转子-轴承系统的稳定性、响应及动力学行为．动态密封力、材料内阻尼、蒸汽激振力对转子-轴承系统的稳定性均有影响．因此在进行转子-轴承系统的稳定性研究及动力学设计时均应考虑这些非线性因素．     

波纹管机械密封运行问题的理论分析

描述离心泵装配运行误差对机械密封摩擦副所造成的影响，建立动环、静环和旋转轴３个三维坐标系统，惯性坐标取在转轴上；给出了密封面几何参数对应关系以及附加作用力和力矩；当考虑动环有轴向波动和静环弹性系统的关系时，推导了系统频率与波纹管合理压缩量的判别关系式；用实例说明泵运行出现抽空操作的端面比压计算以及密封参数的变化。     

Thermoelastohydrodynamic behaviour of inclined-ellipse dimpled gas face seals

The thermoelastohydrodynamic performance of an inclined-ellipse dimpled gas face seal is analyzed. The pressure distributions of the gas film and temperature fields of the seal rings and gas film are presented considering thermal and elastic distortions.Then, the influences of texturing parameters, including dimple inclination angle and dimple depth, on sealing performance are investigated under different operating parameters such as rotational speeds and seal pressures. The results show that face distortions lead to a decrease in the hydrodynamic effect at high rotational speed. The analysis shows that the opening force can decrease by more than 50% as the rotational speed increases from 0 to 35000 r min~(-1). The influence of face distortion on the seal performance, such as opening force and leakage characteristic, gradually increases with the rotational speed.     

进口机械密封国产化关键技术研究——密封端面流体膜压模型

针对进口机封国产化的关键技术,在设计层面进行了建模研究.介绍了机械密封的一般构造和原理;对机封动静环之间微小间隙内形成流体膜的径向载荷在柱坐标内进行了积分,获得了流体膜径向承载力的计算公式;利用G-T弹性接触模型,建立了密封端面接触比压的计算模型;综合承载力计算公式和比压计算模型,并在一定的假设条件下建立了密封端面间隙内流体膜压的Reyonlds方程.结果表明：利用所建立的模型得到的数值计算结果与实测结果比较吻合,为机封的研究和设计提供了有益的参考.