指尖密封弹塑性变形及刚度特性分析

为探讨指尖密封迟滞问题中是否存在塑性变形的影响，对指尖密封弹塑性变形进行了研究，通过有限元分析获得了指尖密封刚度随指尖密封结构参数变化的规律，并拟合出描述这一规律的数学公式。结果表明，指尖密封工作中存在的迟滞问题是由于作用在密封装置上下游流体压力差导致的指尖片和后挡板之间的摩擦阻滞作用而产生的，在指尖密封的结构参数和工况参数范围内，指尖曲梁并未因转子的径向碰撞而产生塑性变形，因此，指尖密封迟滞特性分析可以不考虑指尖曲梁是否发生有塑性变形；指尖曲梁的刚度随指尖曲梁轴向尺寸的增加和指尖数目的减少而增大。     

指尖密封流动与变形三维双向耦合分析

针对指尖密封提出泄漏流动和固体变形的三维双向耦合计算方法。该方法采用多孔介质模型计算密封片组泄漏流场,将流场计算得到的压力分布加载到有限元模型上进行密封的固体变形计算,再根据变形计算结果更新多孔介质模型参数,重新计算泄漏流动;如此重复,直至泄漏流动和固体变形计算均达到收敛。采用该计算方法,对不同压差下指尖密封的泄漏流动与固体变形进行计算。计算结果表明：流动与变形的耦合计算经过3次迭代达到收敛;指尖密封结构的压降、泄漏及变形主要发生在指尖靴区域,密封片组的最大变形主要取决于径向变形;当上下游压差从0.1 MPa增大至0.5 MPa,密封片的最大径向变形增大约2%,最大轴向变形增大约400%,泄漏量增大约130%。     

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。     

指尖密封迟滞特性的机理分析

采用有限元法分析了指尖密封的迟滞现象,结果表明静态工作情况下的指尖密封无迟滞特征;对于动态工作情况下的指尖密封,转子对指尖梁的径向作用力变化一个循环时出现的迟滞特征是指尖密封的一个必然存在的现象.从功能观点出发对指尖密封发生迟滞的机理进行了分析,发现迟滞现象是因为指尖密封在工作过程中摩擦力作功不等形成迟滞能而造成的,迟滞能的存在与否及其大小决定了指尖密封是否具有迟滞特性以及迟滞程度的强弱.通过改进指尖密封结构以提高指尖梁刚度、或减小作用于指尖片上的净载荷以及减小密封元件配伍材料的摩擦因数等方法,均可有效减小指尖密封的迟滞能,降低迟滞作用.研究结果为设计低迟滞、具有良好封严性能的指尖密封结构提供理论基础.     

周向收敛与人字槽组合型指尖密封结构与性能分析

针对流体动压型指尖密封结构和工作特点,建立了具有周向收敛靴和轴上人字槽组合结构特征的指尖密封(简称组合型指尖密封)结构形式,采用流固耦合数值分析方法,分析了不同结构和工况条件下组合型指尖密封的泄漏率、气膜承载力及气膜流场特征,详细讨论了密封各结构参数变化对组合型指尖密封性能的影响。结果表明:在通常工况范围内,压力流对组合型指尖密封性能的影响占主导地位;楔形气膜膜厚比、楔形气膜径向最小厚度对组合型密封泄漏率影响最大;人字槽偏离高压片的距离、槽纵向间距和槽宽对组合型指尖密封的性能影响较为明显。与现有人字槽型指尖密封和周向收敛型指尖密封的性能相比,组合型指尖密封气膜承载力明显高于人字槽型指尖密封;其泄漏率与周向收敛型指尖密封相当而气膜承载力较大,具有较好的综合性能优势。     

指尖密封结构参数与泄漏量和磨损性能的灰关联分析

采用二次旋转正交试验获得指尖密封结构特征参数对指尖密封泄漏和磨损性能影响的仿真试验组合方案,并通过ANSYS软件对与每个试验方案对应的指尖密封结构进行有限元分析,从而得到每个试验方案中与指尖密封结构特征参数对应的泄漏量和磨损性能,在此基础上应用灰色关联技术分析各结构特征参数对指尖密封泄漏量和磨损性能影响的主次关系和影响程度.结果表明,渐开线指尖梁型线的基圆半径对磨损性能影响最大,其次是指尖靴周向宽度角.而指尖靴周向宽度角对指尖密封泄漏量的影响最大,基圆半径次之,前后指尖片厚度对磨损性能和泄漏量的影响相对较小.最后通过和有限元计算结果的对比分析验证了灰色关联分析结果的合理性,从而为指尖密封优化技术研究提供了参考.     

碳/碳复合材料旋转指尖密封性能分析

指尖密封是近年来研究较为广泛的一种密封形式,涉及的指尖密封多与静止部件连接而呈静止状（静止指尖密封）,理论与试验研究围绕着密封泄漏和磨损性能改善而开展。提出旋转指尖密封的概念和结构,并利用碳/碳复合材料的良好自润滑性能,探索这一指尖密封新结构对泄漏性能改善的可能及机理。通过"外伸式"和"内伸式"旋转指尖密封有限元性能分析模型,分析了结构、工况以及材料参数等对两种旋转指尖密封性能的影响规律,与静止指尖密封密封性能的对比表明,外伸式旋转指尖密封具有在较高转速或跳动量下仍能维持平稳低泄漏率的特质,而内伸式旋转指尖密封的泄漏率却随着转速增大而增大,因而前者对于高速工况下的航空发动机转子密封更具应用潜质。并探索了旋转指尖密封在轴间密封工程应用的可行性,有助于航空发动机轴间密封新构型设计思路开拓、以及密封结构和性能设计的技术选择。     

指尖密封迟滞特性的当量优化研究

从指尖密封装置的工作原理出发,将指尖密封迟滞性能优化问题转化为一个能够进行数学处理的简单当量模型的优化问题.通过建立当量模型中各等效参数和实际指尖密封结构参数之间的映射关系,构建了指尖密封迟滞性能优化的质量-弹簧-阻尼当量模型.以此当量模型为研究对象,实现了以指尖密封迟滞率最小为优化目标进行指尖密封结构参数的优化计算,解决了指尖密封装置迟滞性能优化的不可控问题.有限元仿真计算实例支持了这一当量优化模型.所提出的分析方法为指尖密封性能的进一步优化设计提供了一定理论参考依据.     

衬胶隔膜阀密封失效分析及改进措施

我厂铅烟气制酸工程中使用了30多只Dg300的衬胶球形隔膜阀,在开车过程中发现该种阀门关不死,关闭时产生内漏和外漏,严重影响系统的正常开车。经我们查找原因,发现主要是由于原阀门的隔膜片的密封线结构计设不合理,内外密封线上的密封比压不同,使隔膜片的内外密封线变形不同,使之产生内漏和外漏。原阀隔膜片密封线结构如图1所示,外封线是在阀门装配时由螺栓加预紧力,使密封线     

基于多工况要求的低迟滞指尖密封结构优化

针对目前指尖密封优化设计中存在的工况局限性问题,根据指尖密封的实际工作要求确定了相应的工况条件;以低迟滞率为优化目标,分别对不同工况条件下的指尖密封进行了结构参数优化分析;通过综合分析其优化计算结果发现,可将转子的跳动量进行分组,并找到适宜于该组范围内的指尖密封优化新结构。经实例验证表明,这种新结构参数的指尖密封与各单一工况下的指尖密封优化结果十分接近,从而满足了指尖密封多工况条件下的低迟滞结构优化要求。     

环形金属密封总成密封机理及性能分析

环形金属密封总成是水下井口头系统重要组成部分,其性能直接影响到水下井口头系统的安全性,甚至整个水下油气系统的可靠性。分析环形金属密封总成的密封机制和工作原理,结合有限元分析结果,从密封环在密封过程中的变形情况来分析其密封性能。结果表明:密封环在弹性变形阶段可以实现密封,但对密封环的表面粗糙度和表面质量有很高的要求,在环形密封总成工况条件下无法保证,应避免在此阶段实现密封;密封环在塑性变形阶段能够填补环表面存在的缺陷,实现良好的密封;在塑性变形阶段,密封环接触面的变形情况成为影响密封性能的唯一因素。     

轴用VL形组合密封件装配工艺仿真研究及验证

橡塑组合密封是由橡胶圈和塑料密封环组成,安装过程中塑料环的变形对密封性能有重要影响。以轴用VL形组合密封为例,基于三维有限元仿真模型和可视化密封装配台架针对不同流程的装配工艺开展研究。利用有限元仿真还原密封圈装配过程,搭建可视化密封件装配台架,开展密封件装配试验,验证有限元仿真装配过程的准确性;提取密封界面接触压力、接触宽度等关键参数,评判密封性能;建立密封性能与装配工艺之间的关系,优化密封件安装、矫正工艺流程,解决装配过程随机化、经验化问题。试验结果表明：常温安装时密封面接触宽度要小于加温安装;对于轴用VL形组合密封,在相同介质压力条件下接触宽度越小则密封面接触压力越大,从而密封性能越好。因此可以得出常温装配时密封性能更优。     

旋转动密封系统中丁腈橡胶O形圈的时效研究

以燃气表中O形圈为研究对象，研究O形圈在旋转动密系统中长效密封性能；从密封机制及特点出发，对O形圈失效机制进行分析。以时间和转速作为研究主要影响因素，以压缩永久变形作为密封性能定量评价指标，进行全面试验与分析，并以二次多项式回归分析获得预测模型并进行试验验证。结果表明：试验用O形圈长期密封性能可靠；使用时间与转速对O形圈压缩永久变形影响均显著，其中使用时间的影响大于转速；转速一定时，时间越长，压缩永久变形越明显，时间相同时，转速越大压缩永久变形越明显。预测模型能够较好地预测不同条件下燃气表旋转动密封性能，可应用于工程实践设计。     

Dynamic Behavior Analysis of Finger Seal Based on Equivalent Dynamic Model

Finger seal is a new technology developed for gas path sealing in gas turbine engine.It has been paid attention to its good sealing performance and lower manufacture cost.The vibration behavior of finger seal is not be considered in performance analysis for the contact finger seal with compliant geometric configuration,then this will influence the reliability of the performance analysis and the parametric design of a finger seal.According to the dynamic character of finger seal,the harmonic vibration and free vibration models of a repetitive section of a two-layer finger seal that contains one high and one low finger seal are established separately.The dynamic behavior of finger seal in different working conditions is obtained based on the dynamic response analysis of finger's vibrations.The dynamic low hysteresis and low wear terms based on the equivalent dynamic model of finger seal are put forward,which can be used to predict the dynamic behavior of finger seal.As an example,the dynamic behaviors of an 8-layer finger seal and a 10-layer finger seal were predicted,and the validity of the prediction was demonstrated by the leakage test results of these two finger seals.The work presented here not only could make the dynamic analysis of finger seal with complicated structure simple and easy especially for multi-layer finger seal system,but also suggest a useful method for designing the finger seal with good dynamic behavior by means of different seal layers assembly.     

基于接触分析的气缸盖/气缸套密封性能研究

针对某160型柴油机的单体缸盖-气缸垫-气缸套密封系统,建立了装配体的有限元模型。采用接触分析法,研究了发动机功率提升前后,在预紧加爆压工况下原紧固螺栓对气缸垫密封性能的影响,并对气缸垫密封面的变形状态进行了弹塑性分析,对结构的密封性能进行了评价。结果表明,发动机功率提升后气缸垫发生了塑性屈服,但轴向应力仍均为负值(即压应力),轴向变形量亦均为负值(即压变形),说明提升功率后发动机工作过程中气缸垫仍然密封良好。较以往将气缸密封垫假设为弹性体相比,采用摩擦接触边界条件进行塑性有限元分析,更能体现缸盖与气缸垫接触面的真实应力与变形状态,因此接触分析法是研究缸盖/缸套密封结构的一种较佳途径。     

管路连接件粗糙表面接触力学与密封性能分析

为研究真实管道连接件在拧紧力矩作用下的接触状态和密封机制,从而有效控制管路密封性能,以真实管路连接件为研究对象,对粗糙接触表面真实接触形貌数据进行实测,通过逆向建模工程建立粗糙接触表面有限元模型,利用有限元仿真分析方法得出真实接触面积比与平均接触应力的关系。结果表明,在开始施加位移载荷时同时发生弹性与塑性变形,随着载荷的增加,发生塑性变形区域越来越大,形成真实接触区域部分也逐渐增加。基于逾渗理论对接触界面进行栅格化模型模拟,通过寻径算法得出接触界面达到密封时所需要的最小真实接触面积比,结合仿真结果得到管路连接件接触表面达到密封时所需要的最小接触应力值。研究结果为管路连接件密封性能仿真分析提供重要密封评判指标,也进一步通过仿真分析得到管接头密封条件下的最小拧紧力矩提供参考。     

影响动密封性的因素及解决措施

对密封构件的密封机理及通常出现的泄漏形式作了简要说明,同时对影响密封性的主要因素进行了扼要地分析。重点对动密封机构在使用过程中应注意的问题以及在设计、加工与装配过程中需考虑的事项进行了论述,对实际工程中出现的问题加以分析并提出相应的解决措施。     

真空过渡仓闸门结构设计及其锁紧密封性能分析

以动力锂电池生产工艺的真空连续生产线为背景,介绍了真空过渡仓闸门的基本结构,主要包括门体、启闭机构、锁紧机构。闸门的密封由密封结构、锁紧机构共同实现,因此有必要对二者进行关联分析,使得仿真边界条件趋近实际工况。由锁紧机构ADAMS运动仿真得到密封条最大压缩形变;应用ANSYS接触分析,模拟密封过程中密封条截面形变;再次应用ANSYS接触分析,改善锁紧点数量和加强筋设置数量改善密封板和密封条的形变,对4种不同工况下的形变进行模拟,最终得到优化的密封结构,从而保证动力电池在该真空连续线的生产质量。     

气缸密封性能的非线性接触分析

针对某高功率密度柴油机的气缸盖-气缸垫-气缸套-机体密封系统,建立装配体的有限元三维模型。采用非线性接触分析法,研究发动机功率密度提升后,在预紧工况下气缸垫参数设置对气缸密封仿真计算的影响,对气缸垫密封面的接触应力进行有限元分析,对结构的密封性能通过静态面压试验进行评价。结果表明:采用非线性接触边界条件进行有限元分析,更能体现气缸盖、气缸垫与机体接触面的真实应力,因此非线性接触分析法是研究气缸密封的一种有效途径。     

扩口管路密封失效引起的平管嘴大径外圈锈蚀故障分析

针对某氧气浓缩器进气口扩口管路连接处平管嘴的锈蚀故障，采用宏观、微观分析手段，结合EDS能谱分析确定了平管嘴已发生深入金属基体的锈蚀，且锈蚀产物主要为Fe₂O₃。通过逻辑推导分析腐蚀介质的可能来源，通过有限元建模，分析实际装配中最常见的带偏角装配工况下扩口管密封面上的Mises应力和CPRESS接触压力分布，得出平管嘴锈蚀故障的原因为：因该处管路连接需周期性反复拆装，拆装操作容易出现不同轴偏角装配情况，造成导管扩口内锥面接触不均匀和异常变形，从而破坏了密封面完整性，使导管内部与平管嘴/外套螺母间的间隙之间形成连通通道，冷凝湿气或腐蚀介质可通过这些通道逐渐泄漏并聚集到间隙处，最终导致缝隙腐蚀发生。