船舶艉轴机械密封温度场与热变形分析

船舶艉轴机械密封在运转时,密封环端面温度的分布及热变形对密封的泄漏有重要的影响。为了提高机械密封的密封性,采用有限元分析方法,运用整体法和分离法对机械密封的动、静环的温度场、热变形进行分析,研究在不同主轴转速下端面温度的变化情况。分析表明:机械密封端面的最高温度出现在接触区域的中间,并向内、外两侧递减;端面摩擦热与主轴的转速有密切的关系,转速越大,产生热量越多,温度越高;密封环的导热系数也对端面温度也有影响,导热系数越高,端面最高温度会越低;端面热变形量内径处大于外径处。     

螺旋槽干气密封性能参数的测试技术及试验研究

由于干气密封端面间隙仅为3~5 μm,因而对端面流场气膜参数及其位移变化量的测试技术是个难点,同时也是研究干气密封系统稳定运行的关键点。基于Labview测试系统软件平台,通过编写测试程序建立干气密封端面参数测试系统,确定相应的测试技术,选用合适的传感器等硬件设备,采用必要的抗干扰措施,对影响端面密封性能的参数(泄漏量、功耗、膜压)和端面稳定性参数(膜厚及振动位移)进行测试,研究不同工况下压力和转速对端面参数的影响。试验表明：气膜压力、气膜厚度、泄漏量、功耗随着压力和转速的升高而增大;气膜和静环的位移量随着压力和转速的增加而减小;气膜的振动幅值很微小,特例中仅为0.04～0.16 μm,,说明静环追随动环性能较好;同时,气膜刚度随着压力和转速的升高而增加,反映出高压力、高转速下干气密封能够稳定运行。     

渣浆泵双端面机械密封密封环热力耦合分析

针对磷酸厂渣浆泵机械密封因端面变形而导致的使用寿命缩短问题,以渣浆泵背对背型双端面机械密封密封环为研究对象,采用整体法,根据实际工况建立密封环热力耦合三维计算模型,研究密封环温度场分布及端面变形情况,分析不同工况下密封环热力变形对机械密封正常工作的影响.结果表明:密封环最高温度出现在静环内侧,且温度沿径向朝静环外侧逐渐...     

Performance of the Coned-Face End Seal with Regard to Energy Conservation

The effect of a face coning on seal performance, especially energy losses as indicated by a torque, were studied by comparing torque, face temperature, leakage, and wear of a conventional, widely used flat-face seal with three coned-face seals. Experimental evaluation was performed at rotation speeds to 8000 rpm, with pressures to 2758 kPa (400 psig), using a petroleum-base turbine oil. Axial movement of the mating seal parts was recorded using a digital data acquisition system. The height of the convergent-type cone on the face of the tungsten carbide primary ring ranged from 0.51 μm (20 μin) to 5.6 μm (220 μin) over the 3.175-mm to 6.36-mm (0.125-in to 0.25-in) face width. The torque of the coned-face seal, balanced lo 76.3 percent, was an average 42 percent lower, the leakage eleven limes higher than that of the standard flat-face seal. Reducing the balance to 51.3 percent by decreasing the face width of the coned-face seal resulted in lowering the torque by an additional 44 percent and increasing the leakage 12 to 230 times, depending on the seal shaft speed. No measurable wear was observed on the face of the coned seals. All four seals operated in the stable region of the stability map.     

机械密封端面温度近似解析计算的新方法

常见的机械密封端面温度近似解析法均将静环表面作为绝热边界处理,未考虑热量从静环上的传递,计算结果存在误差.根据明确定义的热传导角,考虑热量在机械密封动静环端面的分配,建立混合摩擦状况及全液体润滑状况下机械密封端面温度计算模型,获得一种更合理地确定机械密封环端面温度分布的近似解析方法.与常见的其他近似解析方法相比,该方法概念明确、计算简洁,计算结果更接近实际.分析端面温度分布的影响因素及其影响规律,结果表明角速度、导热系数比、努赛尔数、微凸体接触的当量压力对端面温度分布有明显影响.     

考虑粗糙度效应的微孔化机械密封摩擦副接触特性分析

针对机械密封装置在启停阶段或某些特定工况下出现高温以及摩擦磨损严重等问题，探究考虑粗糙度效应的微孔化机械密封端面接触压力及温升的变化规律，以揭示机械密封端面的真实接触状态。基于分形理论建立机械密封静环粗糙表面和动环微孔接触模型，采用数值计算方法，研究微孔对机械密封端面接触压力和温升的影响，以及表面粗糙度对机械密封端面接触面积、接触压力、温升的影响。结果表明：微凸体经过微孔时，微凸体嵌入微孔边缘使得接触压力峰值增大，导致切削发生；摩擦过程中，压力最高点位置因为微凸体的弹塑性变形而不固定，改善了微凸体的受力情况；微孔降低了密封端面的接触面积，从而使得微凸体的接触减少、压力极值点减少，降低了密封端面摩擦副的温度，改善了密封端面的磨损状况；表面粗糙度越小，接触面积越大，接触压力、端面温度更加均匀，表面粗糙度越大，端面磨损风险更加严重。     

The Detection and Characterization of Blisters On Carbon-Graphite Mechanical Seal Faces

Blisters that develop on carbon-graphite mechanical seal faces are irregularities in surface topography that result in poor sealing performance and a high incidence of catastrophic failure. On first inspection, a blister is a burnished area that is slightly elevated above the surrounding seal surface. In this study, the topography of several hundred blisters was examined with interference microscopy. The shape of the burnished area is typically elliptical or cylindrical. The leading edge against the direction of rotation of the mating seal ring extends abruptly upward from the surrounding seal surface. The trailing surface gradually merges into the parent seal face. Most blisters have a maximum height of 0.25 μm to 0.75 μm (10 μ-in to 30 μ-in).     

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。     

热力变形下渣浆泵机械密封干摩擦磨损分析

机械密封在起停阶段或操作失误时常处于干摩擦状态,由此导致的热损伤与磨损将影响其密封性能。以某YWN8合金接触式机械密封为研究对象,建立基于硬度及磨损系数的磨损数值模型,试验测定摩擦副密封环的硬度、磨损系数、干摩擦因数,验证磨损数值模型的准确性;对机械密封磨损进行仿真模拟,研究摩擦副密封环在干摩擦运转时单力场及热力变形下的磨损深度,并用磨损理论值进行验证。结果表明：干摩擦运转时密封环端面温升较低,温度不是其失效的主要原因;热力变形后密封环内外径间隙增大,造成端面粗糙峰接触面积减小,黏着磨损较变形前呈下降趋势,导致多物理场下的磨损深度与理论值不符。     

某空气涡轮起动机动密封泄漏分析

针对某型航空用空气涡轮起动机在设计研发过程中出现的动密封滑油泄漏问题,对机械密封结构进行分解分析,初步判定泄漏的滑油来源于摩擦副中静环与动环的贴合端面。根据动密封的结构特点及空气涡轮起动机使用环境编制故障树,对动密封处介质温度和摩擦副温度场开展试验研究和仿真计算,对摩擦副端面进行检测分析,对动密封所需的轴向压紧力以及弹簧提供的压紧力进行校核计算,结果发现动密封滑油泄漏的主要原因是辅助胶圈在高温滑油中体积胀大从而引起摩擦阻力增加,导致弹性元件无法提供摩擦副贴合所需的足够压紧力。根据研究结果增加了该动密封波形弹簧的预紧力,并通过试验验证了改进后动密封的密封效果。     

中高温密封端面轴向变形及液膜汽化特性研究

为研究中高温液体动压型机械密封端面变形规律及液膜汽化特性,建立涉及汽液两相流和密封环变形的计算模型;以螺旋槽液体机械密封为例,研究不同介质温度下密封端面轴向变形特征,以及润滑膜压力、温度及汽化特性与端面变形的关系。研究表明：动环最大、最小轴向变形分别位于螺旋槽的迎风侧堰区内径侧附近、背风侧中部,槽堰区的轴向变形呈周向波浪式变化;密封端面变形导致坝区膜压、膜温升高且堰区液膜汽化程度明显提高;介质温度升高时,润滑膜温度明显升高、开启力下降,坝区保持低汽化程度,堰区汽化程度提升明显,且当介质温度达393 K后,汽化程度的增速明显加大,即存在汽化突增的介质温度值;转速增大,润滑膜整体汽化程度下降。     

基于Pro/E平台下的机械密封热变形分析

利用Pro/E的热力学分析对机械密封的动环进行有限元分析,通过对密封环摩擦热、搅拌热等因素的分析计算,分析密封环端面温度对密封环结构变形的影响。结果表明:内流式机械密封端面温度径向呈近似抛物线分布;密封环内的温度梯度使密封环产生热变形,导致形成圆锥型的端面;热变形会使密封环产生内应力。     

机械密封环的传热特性分析

研究机械密封端面摩擦热在动环、静环、端面间液膜和密封介质组成的传热系统中的传递规律。按换热面积守恒的原则将密封环简化为当量圆筒,提出动环和静环获得的摩擦热的计算方法,推导密封环的温度分布方程。结果表明,液膜摩擦热量随角频率的增加和平均膜厚的减小而增加。绝大部分摩擦热通过动环传递到介质,静环端面的温升较小。动环靠近介质侧的温度低于空气侧的温度,端面上的温度较高,且端面径向存在温度梯度。增大动环与介质的接触面积或选用热导率大的材料可降低动环上的最高温度和端面上内外径处的温差,提高机械密封的性能。     

航空发动机石墨圆周密封接触特性分析

基于结构受力分析,利用ANSYS分析某型在役航空发动机石墨圆周密封的接触特性,研究不同工况参数对密封环最高温度、最大变形、最大应力及接触压力作用规律。结果表明:石墨圆周密封环主密封面应力分布比较均匀,密封环接头处应力最大,这与应用时接头处磨损较重的实际情况相符;辅助密封面和密封跑道应力分布均匀,密封座端面应力沿径向呈梯度分布,最大应力位于密封座靠近密封跑道边缘处;随滑动速度的增大,密封环主密封面最高温度增大,而最大变形、最大应力和接触压力表现为先减小后增大;石墨密封环主密封面最高温度、最大变形、最大应力和接触压力随密封压差增大而增大。     

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。     

Transmission electron microscope observations of the wear tracks of nickel and nickel-based alloys tested in a simulated face seal

The fine structural details of the wear tracks of nickel, nickel-chromium and nickel-molybdenum alloys tested in a simulated face seal apparatus have been observed using transmission electron microscopy. The structures are complex and varied; there are regions of extremely high dislocation density and in all materials recrystallization is prevalent, with a very fine grain size (0.1 μm or less). The nickel-molybdenum alloys had been heat-treated to develop either an ordered or a disordered structure and changes in this due to the wear process showed that in some cases the local interface temperature exceeded 900 °C.     

双端面机械密封环温度场的有限元分析

利用ANSYS软件对双端面机械密封环温度场进行了分析,考虑双端面机械密封环两侧不同气体泄漏介质的影响,绘出了密封环温度分布云图及等温线图,并分别讨论了主轴转速、润滑油温度发生变化时对密封环端面温度场的影响。结果表明,密封环端面内径处温度最高;静环换热效果较动环差;密封环周围主要是通过润滑油的换热,而与气体换热量较小。     

拖拉机离合器非标角接触球轴承的优化设计

介绍了拖拉机离合器轴承的工作原理,分析了某拖拉机离合器轴承的失效原因。提出的改进措施为:高温回火,增加轴承外圈端面超精工序,将接触式橡胶密封改为非接触式金属防尘盖密封,将尼龙保持架改为冲压钢制碗形保持架,选择工作温度为-30~300℃的长城锂基润滑脂,填脂量为30%~50%。改进后离合器轴承的台架试验表明,主、副离合器轴承温度均有所降低,且未出现高温烧毁轴承和离合器的现象,满足使用要求。     

连续式混凝土搅拌机轴端密封的研究

连续式混凝土搅拌机工作时混凝土可能渗入到轴端密封装置,加剧密封端面的摩擦,加速密封的失效.对连续式混凝土搅拌机浮动密封环和转毂进行力学分析,对浮动密封环受O型圈的接触压力和密封介质的平均压力进行优化设计,计算出其最优值,保证浮动密封环端面的接触压力保持在最佳区间.     

A scanner for an ultrahigh-vacuum low-temperature scanning tunneling microscope

A scanner for an ultrahigh-vacuum low-temperature scanning tunneling microscope is described. It has a high resonance frequency (>30 kHz) and a small thermal-drift rate (≤1 nm/°C) at room temperature. The scanner feeds the tip to the sample at a distance of up to 3 mm and positions it in the sample plane on a 4 × 4-mm area. These characteristics of the scanner allow one to study atomic structures at temperature variations from 5 to 300 K with objects under study remaining in view of the microscope. The scanner has a horizontal attachment for a sample with a size of up to 6 × 6 × 3mm and ensures a scanning field of 4.8 × 4.8 × 0.6 μm at 300 K and 0.8 × 0.8 × 0.1 μm at 5 K, as well as the possibility of heating to 150°C and easily replacing the sample and tip with vacuum manipulators.