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。     

三自由度微扰下箔片端面气膜密封动态特性分析

提出一种新型箔片端面气膜密封方式,基于气体润滑与弹性力学理论,应用小扰动法建立箔片端面气膜密封的微扰膜压控制方程。对比分析了不同箔片变形力学模型下的动态特性系数变化规律,探究了不同工况及结构参数对气膜动态特性的影响规律,以最大动态主刚度和阻尼作为综合优化目标,确定了结构参数的优选范围。结果表明：随着激振频率、转轴转速的提高,气膜动态主刚度与动态主阻尼的动态互补变化,抑制了润滑膜厚的激变,同时作为气膜不稳定诱因的动态交叉系数的变化放缓,降低了因工况突变引起气膜振荡、失稳的风险;此外,介质压力的增大能够显著提升密封维稳、抗振性能。当楔形高度取5～8 μm,节距比取0.2～0.4,箔坝比取0.5～1.1,箔片数取4～6,箔片结构阻尼取5×107～8×107 Pa·s/m时,箔片端面气膜密封综合动态抗扰性能较优。     

气体多孔端面机械密封孔径尺寸对密封动态性能影响研究

建立了气体润滑微孔端面机械密封(LST-MS)的气膜压力控制方程及雷诺方程,利用有限差分法和小扰动法计算了气膜稳态和动态压力分布,分析研究了频率数、面积比和布孔方式等参数对密封动态刚度和阻尼等表征气膜特性参数的影响.结果表明,高频扰动易使密封产生气膜振荡而导致密封失稳;孔径尺寸对密封气膜影响明显,随微孔列数的增多,刚度和阻尼均将逐渐趋于某一稳定值,频率数越大,则稳定值对应的微孔列数越多.     

端面气膜密封的泄漏流特性

对面气膜密封的密封坝不带自由流的优越结构,其径向泄漏所流行应用的经典理论计算,结果偏高,误差较大。本文将采用修正准一维可压流分析方法,考察有关压差,坝宽,膜厚及旋转效应对径向泄漏流大小及其出现阻塞流的影响。     

流体动静压端面密封的静动特性分析

针对高速涡轮泵螺旋槽端面密封，建立了综合考虑泄漏和传导的密封热流模型，给出了端面密封静态和动态性能计算方法。通过对水介质下密封性能的计算，研究了工作参数对螺旋槽端面密封的基本静态性能以及刚度、阻尼表征的动态性能的影响规律。结果表明：在小于5μm的正常工作间隙下，转速对开启力、刚度和阻尼影响很大，而对泄漏量的影响很小；工作间隙越小，密封具有越高的刚度、越低的泄漏量，但运行过程中的功耗较高、温升较大。     

部分端面微孔机械密封端面间液膜压力分布的理论研究

建立了研究部分端面微孔机械密封端面间液膜压力分布规律的理论模型,应用有限差分法求解了端面液膜压力的Reynolds控制方程,获得了端面液膜压力分布规律,并与端面全区域开微孔机械密封的情况进行了对比.研究了微孔密度Sp和微孔深径比ε对端面液膜压力的影响规律.结果表明:部分端面微孔机械密封的端面间液膜压力比端面全微孔的小;端面间液膜沿半径方向的最大压力降发生在孔区域结束处;端面液膜压力值最大值所对应的微孔密度Sp≈0.2,深径比ε≈0.02.     

径向直线槽干气密封端面流场数值模拟

对径向直线槽千气密封端面流场进行了数值模拟，重点对端面压力分布进行了分析。结果表明，在气体流入(出)的槽台交界处压力达到负(正)峰值，适当的端面结构能在端面间形成使两端面分离的开启力。从端面开启力大小和泄漏量来看，有密封坝结构性能较好。     

柔性丝刷式密封传热特性的数值分析与试验研究

针对刷丝与转子摩擦生热、刷束的局部过热、热量传入轴承腔体等影响机器性能的问题,对柔性丝刷式密封的生热、散热、隔热性能进行了研究.建立了大过盈变阻力柔性丝刷式密封和传统金属丝刷式密封CFD多孔介质数值模型,对比了柔性丝和金属丝刷式密封摩擦生热性能、沿挡板的传热性能、阻碍热量进入轴承腔体的隔热性能,并探究了工况参数和结构参...     

气膜端面密封角向摆动自振稳定性

提出造成气膜端面密封角向摆动自振的内在机理，既有半频摆动自振又有角向气锤自振。在其稳定性分析中给出了不同端面结构、浮环支撑弹簧和二次密封阻尼等的影响。分析按照小扰动线性化的分布参数法，联立气膜微扰雷诺方程和浮环微扰运动方程，对密封系统的角向摆动自振稳定性界限进行了数值迭代。     

端面波度、锥度与槽型耦合密封特性数值分析

研究非接触端面密封中密封端面的波度、锥度与槽型耦合作用下非端面密封的密封特性。在层流、稳态的密封介质基础上,基于极坐标下二维雷诺方程,结合数值求解方法,考虑波度、锥度与槽型耦合对密封特性的影响,得到泄漏率、开启力、液膜刚度3类密封特性参数变化趋势。研究表明,当锥度一定时,随着波度增大,泄漏率增加,液膜刚度微幅增大,而开启力则受端面槽型耦合影响,其中直方槽端面和螺旋槽端面开启力呈现逐步变小的趋势,内螺旋槽端面开启力呈现先增后减变化,最后3种槽型端面的开启力趋于同一值;当波度一定时,随着锥度提升,泄漏率增加,开启力增大,液膜刚度变弱。在非接触端面密封中,合理选取波度、锥度与槽型有利于保证密封的非接触状态,提高端面密封的可靠性和工作寿命。     

柔性钻杆O形圈球面密封性能研究

柔性钻杆已成为老井改造和增产提效的重要工具,为保障柔性钻杆球面密封的可靠性,对设计的一种O形圈球面密封结构开展数值模拟和试验研究。基于ANSYS有限元分析软件探究密封间隙、流体压力、转动角度以及有无挡环等因素对O形圈von Mises应力、接触应力、有效密封宽度等密封特性参数的影响。结果表明：流体压力与密封间隙存在耦合关系,流体压力越高要求密封间隙越小;往复转动会导致最大von Mises应力和最大接触应力升高,且随着密封间隙增大而影响加剧;挡环的安装可有效防止在密封间隙和流体压力较大时O形圈挤入缝隙。通过室内试验验证了O形圈球面密封结构的可靠性,为现场应用提供了理论依据和技术支撑。     

水下柔性连接器的O形圈球面密封性能分析

水下柔性连接器可解决水下油气管道在连接时因管道角度偏离而无法成功对接的问题。水下连接器的密封结构以球面上的O形圈为主,为了验证连接器密封结构在水下的密封性能,通过对O形圈材料本构方程的计算分析,得到O形圈橡胶材料的重要材料参数;从von Mises应力、接触压力、不同接触面的接触宽度等方面,分析不同介质压力对O形圈密封性能的影响。结果表明：水下柔性连接器密封结构在不同工作状态下均能够保持良好的密封性能,且介质压力越大,O形圈与球形结构上的密封槽之间的接触应力就越大,连接器密封性能有所提升。通过压力试验验证了O形圈球形结构应用在水下是可靠的。     

涡轮增压器密封环的温度场及热变形研究

概述了涡轮增压器密封环的工作条件，提出用有限元法计算涡轮增压器密封环的温度场及热变形，对影响密封环温度场和变形的各种因素进行了分析，为进一步研究密封环的变形影响和对增压器的整体结构优化设计起到了指导作用。     

液压马达端面配流副径向密封带压力场数值求解及分析

给出端面配流副密封带压力场支配方程，在分析密封带中油液粘度变化规律的基础上，应用有限元方法在求解油液粘度随油液压力及温度变化情况下，密封带压力场的分布情况，并同忽略粘度变化时的计算结果，以及两种设计中常用的解析计算方法进行定量对比与定性分析。     

典型磁流体密封结构磁场有限元分析

采用ANSYS有限元分析软件进行了较大密封间隙的典型三极齿磁流体密封结构的磁场有限元分析，并将密封间隙的磁通密度分布分为轴向和径向分别进行分析和讨论，结果表明：在靠近导磁轴的一侧，中间极齿附近磁通密度差值远小于靠近极齿侧的差值；同时密封间隙处存在显著的、会造成磁性液体纳米粒子浓度梯度分布的径向磁通密度梯度。这两个效应使靠近导磁轴一侧的区域成为密封截面上最薄弱环节，是造成较大密封间隙的磁流体密封性能下降的主要原因。     

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。     

组合式弹性片金属密封环密封特性有限元分析

利用ANSYS Workbench软件建立组合式弹性片金属密封环有限元模型,分析密封环初始压缩量、工作压力等对密封环最大Von Mises应力、接触应力大小及接触部位压力分布的影响。研究表明:组合式弹性片金属密封在不受工作压力情况下,顶块与封严片之间并不是完全接触的,不能起到密封效果,但在工作条件下,在一定的预压缩量下其顶块与封严片之间完全接触,满足密封要求;适当增加预压缩量可以提高密封环密封性能,但同时其所受的最大Von Mises应力也增大,当最大Von Mises应力大于材料的屈服极限时密封环会失效。通过计算得到弹性片的安全工作夹角范围,为组合式弹性片金属密封环的设计、安装及使用提供依据。     

喷嘴挡板式压电气动微阀阀口密封宽度对流场特性影响的分析

为了探究喷嘴挡板式压电气动微阀阀口密封宽度对阀口流动特性的影响,应用CFD技术,采用SST k-ω湍流模型,对不同密封宽度下阀口的流动特性进行了数值模拟计算.结果发现,阀口端面密封宽度对压电气动微阀阀口的流动特性有显著的影响,选取合理的阀口端面密封宽度,可降低阀口的压力损失,提升气动微阀阀口的过流能力;同时发现微阀流量...     

振动环境下O形圈静密封性能分析

基于有限元分析软件ANSYS建立了加挡圈O形圈二维轴对称几何模型，对高压工况下振动对密封圈静密封性能的影响进行研究。首先，给出了振动工况下O形圈的密封行为变化，预测密封件易失效部位；其次，对比分析了不同压力和振动幅值对密封静力学性能的影响。结果表明：较大的介质压力加剧O形圈被挤入张开的密封间隙，活塞杆振动挤压O形圈材料，从而造成应力集中，因此在介质压力较大时，需要注意防震；而提高挡圈材料的回弹性，能有效防止由于振动造成的O形圈的失效损坏。