基于模糊评价的人字槽流体动压指尖密封结构参数灵敏度分析

建立人字槽流体动压指尖密封三维流固耦合分析模型,基于ANSYS-CFX软件计算密封的泄漏率和气膜承载力。采用正交试验方法确定密封性能仿真试验方案,针对多指标正交仿真试验结果,采用模糊评价方法建立人字槽流体动压指尖密封性能指标的满意度函数,并运用模糊向量单值化法形成多指标综合满意度。根据综合满意度进行直观分析,得到人字槽流体动压指尖密封结构参数对其性能影响的灵敏程度。结果表明,指尖梁宽度角、动压靴轴向长度和密封片厚度对密封性能影响较大,在结构优化设计中应优先考虑。     

航空柱塞泵配流副磨损模型与寿命预测

针对航空柱塞泵配流副磨损失效问题,基于Archard方程和流-热-固耦合方法,建立一种适用于高速高压条件下的航空柱塞泵配流副摩擦磨损预测模型。考虑配流副流体压力、温度和固体之间耦合效应对磨损的影响,首先建立配流副流-热-固耦合模型,通过有限元法求解得到配流副油膜压力和温度场,将其作为磨损预测模型的边界条件;然后通过配流副泄漏流量与油膜厚度之间的关系,对配流副磨损失效寿命进行预测分析。预测结果表明:航空柱塞泵在转速10000 r/min、出口压力28 MPa条件下,配流副的磨损失效寿命在2000 h以上;但随着转速和压力的升高,配流副磨损失效寿命明显缩短,在转速15000 r/min、出口压力35 MPa条件下,配流副磨损寿命仅为450 h。由此提出一些提高配流副磨损寿命方法,该预测模型对高速高压航空柱塞泵配流副的设计具有一定的指导意义。     

基于热流固耦合密封环-液膜多体结构的性能分析

机械密封的性能对海洋核心设备海底混输泵的热控效率以及稳定运行有着重要影响.针对混输泵工作状态与机械密封服役环境,建立密封环-液膜多体结构三维模型,考虑热效应、力效应和流体效应等多场协同作用,利用热流固耦合数值仿真技术,研究密封环-液膜多体结构在模拟实际工况下的性能变化规律,得到密封环-液膜多体结构在不同工况下的润滑特性...     

考虑热效应影响的指尖密封接触强度分析

指尖密封作为柔性高速动态密封装置,其在航空发动机、燃气轮机等重大设备的高速密封部位具有良好的应用前景。但高速高温条件下,摩擦生热和环境温度对指尖密封配副接触强度具有重要影响,进而影响其密封性能,探索其影响机理成为指尖密封性能设计中的关键。为此,研究针对指尖密封实际工况条件,将摩擦生热转化为热流密度边界条件,同时计入密封介质温度的影响,构建了指尖密封系统的热结构耦合分析模型,研究了热效应对指尖密封/转子配副接触强度的影响规律,并进行了物理试验验证。研究结果表明,高速条件下摩擦生热对密封配副接触强度具有重要影响,转速为15 000 r/min时,室温条件下,摩擦效应导致指尖密封局部温度升高超过370℃,指尖靴/转子摩擦配副间接触压力增大近10%;高温条件下,考虑热效应影响后,导致局部接触压力相对于不考虑热效应影响时减小了90%;性能试验结果表明考虑热效应后,密封上下游压力差为0.4 MPa时,指尖密封泄漏试验结果的最大误差仅为16.5%,而不考虑热效应影响时,最大误差达到了72.8%,验证了考虑热效应的必要性和热分析方法的合理性,为高温、高速条件下的指尖密封性能设计提供了重要参考。     

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。     

考虑变速条件的斯特封磨损寿命预测方法

磨损导致的泄漏是往复密封在服役期间常见的失效形式,目前密封圈磨损寿命的预测主要采用实验方法,其过程复杂且时间、经济成本较高,仿真是达到密封圈磨损寿命预测目的较好的途径,但当前缺少对磨损重要因素—速度合适的仿真处理方法。针对实际工程应用密封系统磨损寿命评估的需求,基于混合润滑模型及Rhee磨损理论提出了考虑变速条件的往复密封磨损寿命预测方法,通过分析给定工况下的密封圈唇口轮廓磨损变化情况,模拟了唇口接触压力、接触宽度、接触变形以及反向泵回率等密封性能随磨损时间累加的演化过程,实现了密封圈磨损寿命预测的目标。结合实际工程应用斯特封,进行了与平均速度处理方法的寿命预测对比。结果表明：变速处理法下磨损失效周期泄漏率为3.24 mL/h,平均速度处理法下泄漏率为0.24 mL/h,预测结果存在明显差异,速度的瞬态变化是往复密封磨损仿真速度是不可忽略的因素。     

基于MpCCI方法的密封环双向流固耦合模拟与试验研究

为预测重载越野车辆传动系统中密封系统的流固耦合特征,综合考虑密封环在微小约束空间内的受力状态以及密封间隙流场中的流动特点,建立了密封环双向流固耦合数值模型并提出了求解策略。采用多物理场代码耦合工具MpCCI联合FLUENT与Abaqus软件对旋转密封系统进行双向流固耦合数值计算,获得了旋转密封间隙流场中油液的流动状态。分析了密封环变形对密封系统泄漏量和密封环摩擦转矩的作用特征,通过双向流固耦合的动态模拟考察了传动系统工况对密封环性能的影响。利用车辆传动系统密封环综合性能试验台进行了密封性能的试验测试,对比发现计算值和试验值的变化规律具有一致性,验证了密封流固耦合数值模型及其计算结果的正确性。     

指尖密封静动态特性试验研究

模拟航空发动机真实工况,对指尖密封静动态性能进行了试验研究并与标准型刷式密封进行比较,研究压比、转速、温度对指尖密封泄漏特性的影响规律。试验结果表明:指尖密封具有优异的密封性能;随着压比的增大,指尖密封泄漏参数先增大后趋于定值;在试验转速范围内,随着转速的增加,泄漏参数降低;随着温度的升高,泄漏参数减小;指尖密封相比于标准型刷式密封,静态泄漏参数降低8%~41%,动态泄漏参数降低约18%。     

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/转子系统密封力的一种计算方法

指尖密封作为转子系统中组成部件,其与转子之间的相互力学作用对系统动态特性会产生影响。从系统的观点研究提出指尖密封密封力的计算方法,是构建和开展转子系统动力学模型和相关动力学分析的基础工作。本文首先通过流固耦合分析实现了嵌入指尖密封结构效应的指尖密封气膜刚度与气膜阻尼计算,构建了指尖密封气膜刚度和气膜阻尼拟合公式,在此基础上结合指尖密封-转子的接触处理,建立指尖密封/转子相互作用力学模型,提出了一种适用于转子系统动态分析的指尖密封密封力的计算方法,并通过算例实施了指尖密封密封力计算流程,同时探讨了密封力与密封工况条件的关系。计算结果表明:指尖密封气膜刚度随密封压力差增大而增大,转子转速对气膜刚度的影响很小;指尖密封气膜阻尼随密封压力差和转子转速的增大而减小。接触区的密封力随转子涡动幅值增大而增大,但基本不随转子转速变化,非接触区的密封力随转子涡动幅值的增大而减小,随着转子转速增大而增大。指尖密封的密封力随时间呈周期性变化,密封力变化频率随转子转频增加而增加。     

压力平衡型指尖密封泄漏特性试验研究

模拟航空发动机静态和动态工况,试验研究转速、压比和温度等参数对压力平衡型指尖密封泄漏特性的影响规律,并比较标准型指尖密封和压力平衡型指尖密封的性能。试验结果表明:压力平衡型指尖密封能有效缓解滞后现象,具有优异的密封性能;随着压比的上升,泄漏参数先急剧上升,然后趋于定值;随着温度、转速的上升,泄漏参数减小;与标准型指尖密封相比,350℃高温工况下压力平衡型指尖密封的静态泄漏参数下降约29.4%,动态泄漏参数下降约34.2%。     

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.     

流体动压指尖密封的等效动力学分析

针对流体动压指尖密封动态条件下泄漏量计算因计算量庞大而无法进行的问题,本文提出了基于等效模型的指尖密封动力学分析的思路,通过构建等效模型中等效参数和指尖密封结构和工况参数的关系,建立了用于流体动压指尖密封动力学分析的弹簧-质量-阻尼的等效动力学模型。基于此等效模型进行了流体动压指尖密封的动态分析,并根据动态计算结果进行了指尖密封的泄漏分析。通过与国外文献提供的指尖密封有限元仿真工作的对比,证明了指尖密封等效模型以及依据此模型进行的泄漏分析的可靠性和正确性。     

考虑磨损的组合密封性能分析

针对橡塑组合密封圈的磨损和密封性能仿真方法开展研究,基于有限单元法开展接触压力的求解和磨损过程的仿真分析,采用有限差分法开展流-固耦合仿真分析获得密封间隙的压力和膜厚分布,提出了一种可用于组合密封圈磨损过程仿真和密封性能预测的方法。仿真过程中考虑了摩擦热对接触压力和磨损的影响,解决了塑料材质密封圈大体积磨损仿真时网格重构的难题,实现了磨损仿真过程中强度分析和流体力学分析的迭代求解,并实现了程序化。基于材料的摩擦磨损试验对模型参数进行了修正,通过旋转密封台架试验对仿真模型进行了验证。     

柔片式密封变形分析及密封性能研究

针对柔片式密封系统中柔片变形对密封性能的影响,建立密封区域的流体动力学模型以及基于弹性柔片小挠度弯曲变形的微分方程,并进行ANSYS单向耦合仿真计算,分析不同工况和结构参数对柔片变形和密封性能的影响。结果表明:柔片变形和密封泄漏量随密封压差的增大呈增长趋势;密封压差、柔片尺寸以及背板-柔片间隙对柔片变形和密封泄漏量影响较大;增加背板-转子/柔片间距会使得柔片变形相对初始安装位置呈逐渐上浮趋势,密封泄漏量随之增加。     

超临界二氧化碳干气密封热-流-固耦合建模与变形特性分析

为研究超临界二氧化碳干气密封密封环的变形分布,揭示工况条件对密封环变形的影响规律,在考虑CO₂真实气体效应的同时,建立考虑密封环对流换热的热-流-固耦合计算模型,借助CFD和CSM计算机仿真技术,研究超临界二氧化碳干气密封动、静环在多重载荷共同作用下的变形规律。研究结果表明:密封环轴向最大热-流-固变形出现在耦合面,热变形和力变形方向相反,其中热变形起主导作用;转速增大,密封环最大轴向热变形和力变形增大,动环最大轴向热-流-固耦合变形减小;介质压力增大,动环和静环最大轴向力变形分别增大66.25%和6.18%,最大轴向热变形和热-流-固耦合变形均减小;进口温度上升,动环和静环最大轴向热变形分别增大40.79%和34.90%,最大轴向力变形基本不发生改变。     

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。     

牙轮钻头用单金属密封瞬态启动动力学模型与密封性能

牙轮钻头的频繁启动以及振动工况直接影响单金属密封的可靠性和工作寿命.基于热-流-固-动耦合场,建立了复杂工况下单金属密封瞬态启动动力学模型,采用有限差分法和Newmark法联合求解润滑方程和动力学方程,考察钻头转速和轴向激励对单金属密封动态密封性能的影响,结果表明:随着钻头不断启动至恒转速阶段,高压(p0=30 MPa...     

流体静压机械密封动力学性能分析

机械密封动力学性能对密封系统稳定性有很大的影响,微小的振动会导致密封泄漏量增加和端面磨损加剧。根据机械动力学基本原理,建立了流体静压机械密封轴向、角向振动的动力学耦合方程,并通过简化将其转化成相互独立的单自由度二阶微分方程。结合辅助密封圈的动态参数求解方法,通过MATLAB编程求出系统在内部微小扰动作用下,密封环在轴向和角向的动态响应曲线。分析表明,综合考虑振荡频率和振动幅度等因素,端面锥角保持在大于或等于2’的附近范围内,转折半径保持在大于或等于130mm的附近范围内,密封系统能够保持较好的稳定性。     

基于泄漏通道的可调距桨桨毂密封性能分析与实验研究

可调距桨在服役时,桨毂密封是通过O形密封圈实现,研究桨毂密封可控泄漏对于指导装配工艺设计和延长服役寿命非常重要。基于O形密封微观接触和泄漏通道模型,推导泄漏率公式,利用ABAQUS软件对可调距桨桨毂密封进行三维有限元仿真,分析不同参数对桨毂密封性能的影响规律,并给出相应工艺设计指导,并基于改进复合灰色关联度对参数影响程度进行排序。结果表明:粗糙度、压缩率、橡胶硬度和介质压力对密封性能均有影响,泄漏率随粗糙度的增加瞬间增大,随压缩率的增大而减小,随硬度的增大而增大,随介质压力的增加先增后减;硬度对最大Von Mises应力和接触压力影响最大,其次是压缩率,而介质压力对密封泄漏率的影响最大,粗糙度次之。通过实验验证模型和仿真结果的准确性,为可调距桨桨毂密封设计和安装提供了支撑。