剖分式机械密封传热及耦合变形的数值研究

为研究剖分式机械密封变形规律,建立剖分式机械密封三维传热模型,计算剖分环端面摩擦热、摩擦热分配系数及对流换热系数,研究主轴转速、冲洗量对剖分环温度场、热变形及热-力耦合变形的影响,同时分析箍紧力对剖分环热-力耦合变形的影响。研究结果表明:温度最高点位于密封端面内径侧,且碳石墨剖分静环的密封端面温度比碳化硅动环的高,密封端面和分型面在温度场作用下产生正锥度变形,而箍紧力可以减小密封端面及分型面的变形;剖分动静环的端面和分型面热变形锥度随转速的增大,均呈现增大趋势,端面的耦合变形锥度也随之增大;冲洗量增大,剖分动环端面和分型面热变形锥度减小,端面耦合变形锥度减小,剖分静环变形规律相反;箍紧力增大,剖分动环、静环端面耦合变形锥度增大。     

深海机械密封端面摩擦及变形特性研究

以深海推进器等水下设备用机械密封为研究对象,建立机械密封环模型,考虑深海变工况下接触端面摩擦因数的差异性,采用分离法分别对机械密封动、静环端面进行热-力耦合变形分析,并对分别考虑密封环热变形、力变形、热-力耦合变形的分析结果进行比较。结果表明:接触端面摩擦因数大小与介质压力、转速、液膜厚度等因素有关,端面摩擦因数随介质压力增大而减小,随转速增大而增大,随液膜厚度增大而减小;单一力变形、热变形分析与热-力耦合变形分析结果差别较大,热-力耦合分析结果要比单一变形分析更接近实际、分析更准确;瞬态工况下,端面温度及端面接触应力峰值均出现由外向内的变化趋势,端面接触状态受端面温度分布影响明显。     

过盈配合连接对核主泵机械密封性能影响的ANSYS分析

以实际工程应用的某核主泵机械密封动、静环组件为例,建立了考虑组件之间真实过盈配合连接结构的ANSYS仿真模型,获得了工作状态下机械密封动、静环端面变形量及泄漏量,该泄漏量更加接近工程设计泄漏量值。通过与未考虑过盈配合关系获得的机械密封泄漏量进行比较,指出过盈配合在机械结构组件变形分析中的必要性,且是仿真分析中需要重点关注的问题。同时,阐释了应用ANSYS进行过盈配合组件受力与变形分析时的基本思路和具体方法。     

螺旋槽机械密封摩擦副界面热力耦合变形分析

基于热力单向耦合理论,对螺旋槽机械密封摩擦副界面的热流体进行Fluent数值模拟,得到密封环的温度场分布规律;将得到的温度场作为边界条件之一导入到密封环端面中进行耦合力变形分析,并研究密封环的转速以及介质压力对动静环最大变形影响。结果表明:动静环的最高温度都出现在液膜和环的接触处,且温度由密封端面开始向两端逐渐降低;密封环的变形量相对于液膜厚度较大,其中静环的变形梯度较动环大,其更容易失效;动静环端面最大变形量随转速和介质压力的升高而增大,在选择工况条件时可适当降低转速和介质压力来减少端面变形量。     

变工况机械密封热力耦合特性分析

基于已设计的变工况机械密封为研究对象,建立机械密封二维轴对称模型,采用有限元的方法对变工况下接触式机械密封的动环、静止环进行热力耦合计算,分析密封环端面温度以及密封环端面轴向变形随介质压力和转速的变化规律,并进行试验验证结构设计合理性.结果表明:密封环端面的温度和最大温差,随着介质压力和转速的增大而增大;该结构的密封在...     

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...     

离心力对高速气膜密封动环变形d的影响

研究离心力对高速气膜密封动环变形的影响。利用ANSYS121计算高速工况下气膜密封动环在考虑离心力与忽略离心力2种情况下的力变形及热力耦合变形,对比2种情况下动环的总变形值、端面轴向变形以及端面锥度等。结果表明：忽略离心作用时动环力变形和热力耦合变形数值偏小,误差为1648%～3753%;离心作用对动环端面轴向变形的影响在外径侧更为明显,同时使动环端面的平均径向锥度由发散的负锥度变为收敛的正锥度;忽略离心作用时端面变形误差沿径向增大,且随转速增加而增大;在高速工况下动环力变形及热力耦合变形的计算中,离心作用不容忽略。     

离心力对高速气膜密封动环变形的影响

研究离心力对高速气膜密封动环变形的影响。利用ANSYS12.1计算高速工况下气膜密封动环在考虑离心力与忽略离心力2种情况下的力变形及热力耦合变形,对比2种情况下动环的总变形值、端面轴向变形以及端面锥度等。结果表明:忽略离心作用时动环力变形和热力耦合变形数值偏小,误差为16.48%~37.53%;离心作用对动环端面轴向变形的影响在外径侧更为明显,同时使动环端面的平均径向锥度由发散的负锥度变为收敛的正锥度;忽略离心作用时端面变形误差沿径向增大,且随转速增加而增大;在高速工况下动环力变形及热力耦合变形的计算中,离心作用不容忽略。     

待机过程中机械密封镶装静环的蠕变分析

镶装静环具有增强密封环强度、降低成本的优点,但长期待机过程中镶装静环的蠕变会导致密封失效。本文采用ANSYS软件建立镶装静环的蠕变分析模型,分析了镶装长度、镶装静环座壁厚、镶装过盈量对蠕变后的接触应力和端面变形量的影响,并进行试验验证。结果表明,蠕变后的接触应力随镶装长度的增加而减小,随静环座壁厚、过盈量的增加而增大;蠕变后的端面变形随镶装长度、过盈量的增加而增大,随静环座壁厚的增加而减小。本研究为长期待机的镶装机械密封的设计提供了一定参考。     

涡轮泵端面密封有限元仿真及贮存可靠性分析

为分析长期贮存条件下涡轮泵端面密封变形问题,采用有限元分析软件对涡轮泵端面密封静环组件过盈配合过程中的变形及长期贮存中的蠕变变形进行了分析计算;使用应变率硬化材料模型描述蠕变特性,得到了不同年限下密封组件应力应变和石墨环变形结果;利用广义强度应力模型方法对端面密封静环组件可靠性进行了评估;基于性能可靠性退化理论,利用有限元仿真数据对端面密封静环组件贮存可靠性变化规律进行了研究,得到了不同贮存年限下密封组件的可靠度。     

中压机械密封端面接触状态和应力研究

密封端面间的接触状态和应力分布影响着密封端面的磨损和变形,对机械密封的寿命和密封性能尤其重要。为研究密封端面间的接触状态和应力分布,建立机械密封动环、静环和静环座完整准确的双接触对有限元模型,分析工作压力、静环高径比(静环高度和外径的比值)、载荷系数和静环辅助O形圈内径比(O形圈的内径与机械密封平衡直径的比值)等参数对接触状态和应力分布的影响规律,得到密封端面间的接触状态和应力分布。结果表明:工作压力较低时端面接触应力分布均匀,端面全接触;但压力较高时接触应力分布可能不均匀,且工作压力越高分布均匀性越差,端面接触面积越小;静环高径比、载荷系数和静环辅助O形圈内径比等参数的增加会使接触应力分布更均匀,接触面积增加,端面最大接触应力减小,有利于密封的运转。     

核主泵用流体静压型机械密封性能的影响因素研究

以核主泵(Reactor coolant pumps,RCP)用流体静压型机械密封(Hydrostatic mechanical seal,HS-MS)为研究对象,考虑辅助密封圈的影响,采用MSC Marc有限元软件建立完整的动环组件非线性二维轴对称有限元模型,给出合理的动环简化边界约束条件;在此基础上,考虑密封端面间流体薄膜中液体的黏温与黏压效应,建立核主泵用流体静压型机械密封的多场耦合数值模型,采用有限差分法对Reynolds方程、能量方程、热传导方程等控制方程进行耦合求解,利用有限元法计算密封环端面热力变形,综合分析螺钉预紧力和O形圈位置对密封性能的影响。结果表明:合理的密封环约束边界简化模型对分析和设计流体静压型机械密封至关重要;螺钉预紧力和O形圈位置对密封性能影响显著。预紧力增大使开启力增大,泄漏率也变大;O形圈位置靠近外径时密封稳定性下降。     

核主泵用流体静压型机械密封流固热耦合变形分析

核主泵泄漏量的大小受密封间隙影响,密封间隙形状与密封压力分布、热变形紧密相关。基于流体力学和传热学的基本原理,建立核主泵机械密封流固热耦合变形分析模型;通过分析接触状态,确定动、静环的边界约束条件。利用ANSYS软件对机械密封副的端面流场、流固热耦合热变形进行模拟分析。仿真结果表明：密封环内径与转折半径间的压力近似呈线性分布,而转折处与液膜外径之间的压力呈抛物线分布;动、静环应力分呈环形分布,最大应力处于静环上端面外径处;最高温度都出现在密封环靠近内径处,且动环温度高于静环。     

基于ANSYS的剖分式机械密封数值分析

运用ANSYS有限元软件对剖分式机械密封动环、静环3D模型进行数值模拟,研究不同螺钉预紧力、介质压力和弹簧比压下剖分式机械密封的分型面对整体机械密封的影响及分型面的连接紧密性。结果表明：连接螺钉应力分布符合螺钉实际受力情况,验证了利用有限元法模拟仿真的正确性;不同工况下,承载螺钉预紧力的剖分式机械密封动、静环端面变形均呈轴对称、连续性分布,且适当的螺钉预紧力能有效减小端面变形,降低分型面对密封环整体性的影响;螺钉预紧力是影响分型面变形的主要因素,且随着螺钉预紧力增大,可有效降低分型面的变形量,提高分型面连接的紧密性.     

基于ANSYS的剖分式机械密封变形分析

运用ANSYS有限元软件对剖分式机械密封动环、静环3D模型进行数值模拟,研究不同螺钉预紧力、介质压力和弹簧比压下剖分式机械密封的分型面对整体机械密封的影响及分型面的连接紧密性。结果表明:连接螺钉应力分布符合螺钉实际受力情况,验证了利用有限元法模拟仿真的正确性;不同工况下,承载螺钉预紧力的剖分式机械密封动、静环端面变形均呈轴对称、连续性分布,且适当的螺钉预紧力能有效减小端面变形,降低分型面对密封环整体性的影响;螺钉预紧力是影响分型面变形的主要因素,且随着螺钉预紧力增大,可有效降低分型面的变形量,提高分型面连接的紧密性。     

超高速涡轮泵机械密封热弹流润滑特性研究

以超高速涡轮泵用机械密封为研究对象,针对超高速工况下密封界面多场耦合变形行为和热弹流润滑特性不明等问题,建立密封动静环和润滑液膜的耦合数学模型,研究不同转速和密封压力下的密封界面润滑特性和端面变形行为,分析相应的密封性能变化规律。结果表明：超高速工况下密封端面产生沿泄漏方向收敛的液膜间隙,密封动环的高温热变形是主因;随密封压力的增大,液膜间隙的收敛角减小,最大膜厚和泄漏率增大,端面温升明显减小;随着转速的增大,液膜间隙的收敛角、端面温升和泄漏率增大,摩擦扭矩减小。建立的流固热力耦合模型可为超高速涡轮泵用机械密封端面的优化设计提供理论指导。     

流体静压式核电站主泵二级密封由接触式到非接触式转变的密封性能分析

利用ANSYS对流体静压式核电站主泵密封的第二级密封动环组件建模,计算得到密封环在高压下的变形情况,通过Fluent对核电站主泵第二级密封在高压情况下端面流场建模,得到密封端面流场的压力分布、速度场及密封的开启力和泄漏量.计算模拟了机械密封环的端面变形及机械密封由接触式机械密封转变为非接触式机械密封过程.结果表明,核电站主泵的第二级密封的动环组件在第一级密封失效的情况下会通过变形形成收敛面非接触型机械密封,并能在工况要求的情况下正常工作.     

机械密封橡胶静环端面比压与变形量关系

为了将端面比压值准确地应用到机械密封的安装或维修过程中,研究机械密封端面比压与变形量的关系。利用ANSYS建立某机械密封橡胶静环的有限元模型,对静环接触面施加不同的面力,分析其接触面不同节点处的变形情况和沿半径方向的变形情况。结果表明,Mooney-Rivlin模型中材料常数C2和C1的比值对橡胶静环位移变形量的影响很小。橡胶静环接触面变形量的增量随径向半径的增大而减少。利用最小二乘法拟合出端面比压和静环变形量的关系表达式,通过该表达式可将机械密封设计阶段的端面比压值转化为直观的位移,利用位移来确定动环的位置,为后续的安装、维护提供理论依据。     

双向平衡型上游泵送机械密封的研制

本文基于机械密封需要双向承压且对泄漏量有苛刻要求的工况,提出了采用双向平衡型上游泵送机械密封这一解决方案。该方案兼具双向平衡型和上游泵送的结构,既适应工况变化引起的内侧和外侧的压力变化,又可实现泵出口侧向电机侧的零泄漏。在详细设计时,以泄漏量为设计原则,基于零逸出泄漏模型,求解密封主要参数。在优化设计时,利用ANSYS软件对动环加载离心力、介质压力、环体温度,对静环加载介质压力、环体温度、弹簧力,实现离心应力、介质压力、热应力的耦合,模拟应用条件下的受力状态及变化规律,并根据变化规律调整应力分布,避免应力集中,优化端面变形,利于机械密封的正常、稳定、可靠运行。研究表明,合理选型和设置密封参数,耦合状态下的优化设计可实现内外侧压力交替变化下的零泄漏。     

基于MATLAB的混合摩擦工况下机械密封动态特性研究

考虑机械密封动环和静环端面的粗糙度,同时考虑动环和静环端面摩擦生热和两端面问液膜的粘性热作用,建立了混合摩擦工况下机械密封的数学模型,并结合ANSYS与MATLAB软件对模型进行求解.结果表明:机械密封在启动过程中密封端面内侧温度不断升高,热膨胀作用使得接触压力逐渐增大;外侧温度也有所增加,但增加的速度较内侧慢,内外侧的温差逐渐增大;液膜厚度由内向外逐渐变大,总的液膜力逐渐增大,而总的接触力逐渐变小,接触区域也随之减小,当密封环达到热量平衡时,机械密封也达到平衡状态.