机械密封覆层密封环端面性能分析

机械密封覆层密封环能够综合利用耐磨覆层与韧性基体材料的优良特性,但其应用主要依靠经验,缺乏针对其性能的研究。利用ANSYS软件建立釜用机械密封动环、静环和静环座组成的热-结构耦合模型,综合考虑覆层端面变形、液膜反压和密封环温度之间的相互作用,并试验验证了分析模型的正确性。分析覆层结构和材料组合对密封端面最大端面比压与速度的乘积（P_bV）_max、最高端面温度T_max,覆层表面最大拉应力σ_max、主界面最大切应力τ_max、侧界面最大切应力σ_cmax和最大法向拉应力τ_cmax的影响,并确定最佳的覆层结构和材料组合。分析结果表明：覆层厚度、覆层与基体的热膨胀系数比和弹性模量比的变化主要影响覆层表面最大拉应力;覆层端面设计中,覆层厚度取值宜在0.4～0.6 mm,喷涂角度宜取15°～30°,覆层与基体的热膨胀系数比宜在0.5以上,弹性模量比宜在2.5以下。     

密封环支撑边界条件对机械密封端面变形的影响

机械密封的密封环是通过辅助O形圈支撑在轴上或者密封腔内,不同的结构设计会改变密封环支撑边界。针对三种机械密封结构模型,利用ANSYS有限元分析软件,模拟机械密封摩擦副端面的变形,讨论了橡胶O形密封圈不同受力边界条件下机械密封端面变形的规律。研究发现当动环、静环均采用SiC时,在静态（结构分析）时,该三种不同支撑结构的摩擦副端面均形成发散间隙,端面变形受支撑边界接触应力的影响较大;热结构耦合分析发现其动环、静环端面间隙呈收敛间隙运转时,热边界条件影响更大。当动环采用石墨,静环采用SiC时,发现其端面间隙可能为收敛型也可能为发散型,这与支撑边界有关。故密封环支撑边界条件的不同会影响动环端面变形,同时动、静环材料的弹性模量对端面的变形有较大影响,从而会影响密封性能。该研究对机械密封设计有指导意义。     

考虑密封环材料属性和表面形貌干气密封启停阶段的动态接触特性分析

干气密封启停阶段的端面接触是不可避免的,为了揭示端面发生接触时的力学特性以保证干气密封稳定运行,运用统计学接触理论和等效阻尼思想,考虑密封环材料属性,推导出适用于分析干气密封干摩擦界面法向动态接触刚度和动态接触阻尼的解析模型,并通过实验测得密封环真实表面形貌,确定了接触模型的初始参数。探究干气密封端面发生接触时动态接触刚度和接触阻尼等参数的变化规律。结果表明,动态接触刚度随接触比压、扰动振幅的增大而增大。扰动频率对动态接触刚度的作用效果远小于接触比压或振幅对接触刚度的作用效果。动态接触阻尼随接触比压的增大而增大,随扰动频率和振幅的增大而减小。通过与多种经典接触模型对比,当前的计算结果与GW模型更为接近。针对干气密封碳化硅作为动环、石墨作为静环的配对方式,在端面未发生磨损时,结合面的微扰动态特性以动态接触刚度为主,动态接触阻尼较弱。法向接触特性的变化主要考虑50%临界脱开转速之前的接触阶段。     

GSB-W4A-4/180泵机械密封失效分析及改造

分析了某硝酸车间酸性水泵机械密封的泄漏故障,对原机封端面比压进行核算,确定端面比压偏小、密封材料有弊端是导致机封泄漏的主要原因,通过改造机械密封的结构,更换密封环、O形密封圈的材料,达到预期的改造效果。     

硬质合金覆层-钢基体结合界面层及其生长模型的研究

采用液相烧结技术制备的三元硼化物硬质合金覆层材料具有成本低廉、耐磨抗蚀的优异性能。利用覆层连结试样和抗弯强度法测定的覆层材料的覆层-钢基体界面结合强度为740MPa。覆层与钢基体之间的断裂破坏不是由于覆层与钢基体之间结合界面的剥离,而是发生于界面附近的钢基体和覆层内。利用显微硬度计测定了覆层-钢基体界面结合区的显微硬度变化,并利用SEM-EDS研究了覆层-钢基体界面微观结构和界面区元素分布。在覆层-钢基体结合界面处,存在由高硬度(覆层)到低硬度(钢基体)的狭窄过渡区,合金元素浓度分布没有突变,形成一个具有一定厚度的过渡层。分析了覆层-钢基体界面层形成的机理,并以扩散理论为基础,建立了覆层材料覆层-钢基体界面层生长的数学模型。     

颗粒介质用机械密封热力耦合变形及摩擦磨损研究

在含有颗粒介质的工作环境中下,硬质材料配对机械密封环的热力耦合变形和摩擦磨损对机械密封的泄漏和使用寿命起着至关重要的作用。考虑动静环和颗粒介质的摩擦,试验测定了摩擦系数,建立了动静环热力耦合的有限元计算模型,研究了WC-Co硬质合金和无压烧结碳化硅（SSiC）陶瓷两种硬质材料密封的温度场和端面变形规律,分析了不同工况下的密封间隙变化规律。试验测试分析了密封环温度、磨损前后的泄漏及表面粗糙度,讨论了端面的磨损机理,验证了计算模型的准确性。结果表明：考虑动环磨粒摩擦热的有限元模型能准确地预测密封的温度和端面变形;耦合作用下动静环端面呈现外径脱离、内径贴合的变形,且变形差异程度随压差和转速的增大而加剧;变形导致端面磨痕分布不均匀,内径磨痕较严重。WC-Co硬质合金配对密封环的端面变形小、泄漏量小,高硬度WC颗粒对Co基体能产生很好的“阴影效应”,具有良好的耐磨粒磨损性能。SSiC陶瓷材料韧性差,易产生片状磨屑,形成过渡型磨粒磨损,材料耐磨性较差,泄漏量增加明显。在磨粒工况下,WC-Co硬质合金机械密封具有泄漏小、耐磨性强的特点。研究结果为颗粒介质中机械密封的材料应用及设计优化提供了参考。     

热变形对高压干气密封结构件的影响及材料的选用

某合成气压缩机组存在的主要问题是干气密封泄漏较大、产量损失大,影响机组稳定运行,需要对干气密封进行改造。分析了密封机理、影响密封性能的关键因素、结构、材料等,分别对动环、静环和动静环配对进行了温度及热应变计算,结果表明:环体最高温度出现在端面内侧,最低温度出现在环体外环面上;密封环材料的热传导率对密封环的热变形有影响;动静环配对正常工作时,端面热变形会导致从外径向内径形成一个收敛形间隙。根据热应变的影响来进一步优化动环槽型,与热变形位置进行合理匹配,目的是提高密封高压状态下的稳定性,从而保证机组的稳定运行。     

基体条件对Sm2Zr2O7/YSZ双陶瓷层热障涂层界面残余热应力的影响

采用有限元分析软件ANSYS对等离子喷涂Sm2Zr2O7/YSZ双陶瓷层热障涂层界面残余热应力分布进行了数值仿真。结果表明:基体厚度不同时,涂层界面Sm2Zr2O7/YSZ及界面YSZ/NiCoCrAlY对应应力及应力梯度基本不变,表明应力及应力梯度与基体厚度无关;但基体材质热膨胀系数对涂层系统界面的径向、轴向及剪切应力梯度有决定性的影响,且各应力梯度随金属基体的热膨胀系数差异增加而增大,表明基体材质是影响涂层界面径向残余热应力及应力梯度的根本原因。采用多层陶瓷结构并合理选择各层材质的热膨胀系数将更加有利于降低涂层应力梯度,进而改善涂层性能,延长涂层寿命。     

缩聚釜机械密封的改造

指出了原机械密封的缺陷 ,提出了新的设计要求。改造后的机械密封具有的特点是 :①采用了轴套式动环固定座设计结构 ;②采用了内外端面共用通簧结构 ;③密封环断面为矩形或方形 ;④机械密封比压适中 ,载荷系数K小于 1;⑤端面宽度合适 ,只有 12 .5mm ;⑥装配简单 ,劳动强度小。摩擦副动环材料为WC Co硬质合金 ,静环材料为填充聚四氟乙烯 ,寿命达160 0 0h以上。弹簧材料为 65Mn ,辅助密封圈用耐腐蚀性能良好的氟橡胶。计算了机械密封和辅助密封圈的受力情况 ,PcV值 ,密封准数G ,摩擦功耗 ,动环配合的过盈 ,动环及动环座材料的强度等等。用运行 2a多的实践证明改造后的机械密封结构设计合理 ,密封性能可靠 ,使用寿命长     

螺旋槽干气密封环端面摩擦试验及其性能分析

干气密封环端面在启停阶段和由于制造装配误差等造成非正常运行时存在严重的端面接触摩擦,有必要对干气密封动静环进行摩擦学试验,从而分析并探讨其摩擦学特性。利用端面摩擦磨损试验机,选定合适的工况参数与相应的测试技术对螺旋槽干气密封环进行测试,研究不同工况下的摩擦学特性。结果表明:在特定工况下的试验中,螺旋槽干气密封端面存在明显的磨合现象;当工况从226 N、150 r·min~(-1)增大至1130 N、500 r·min~(-1)时,石墨环磨损量最大增加193.3%,摩擦系数最大降低22.3%,说明石墨环的自润滑性影响密封端面的摩擦性能;由于端面间螺旋槽的存在,石墨环内圈磨损大于外圈。试验结果可为今后端面摩擦学性能的优化提供依据。     

液相烧结三元硼化物硬质合金覆层材料的特性

采用原位反应真空液相烧结技术,在Q235钢基体表面制备三元硼化物硬质合金覆层,使钢基体表面获得耐磨抗蚀、界面结合强度高的覆层材料.利用扫描电镜和能谱分析对三元硼化物硬质合金和钢基体的界面微观结构和界面区元素分布进行了分析,发现硬质合金覆层和钢基体之间形成了一个具有一定厚度的过渡层,合金元素浓度没有发生突变,两相之间形成了良好的冶金结合.研究了覆层材料的显微硬度、抗弯强度与耐磨性能,结果表明:在1 200 ℃烧结,覆层的Vickers硬度达到12MPa,弯曲强度在试样受到拉伸应力与压缩应力时分别达到86.74MPa,1168.21 MPa,耐磨性与Q235钢相比有了较大提高.     

新型金属-陶瓷覆层材料的研究

采用真空液相烧结技术。在钢基体表面制备三元硼化物硬质合金覆层。将三元硼化物硬质合金的优异性能赋予钢基体表面。获得耐磨抗蚀、界面结合强度高的新型硬质合金覆层材料。对三元硼化物硬质合金和钢基体的界面微观结构和界面区元素分布利用SEM-EDS进行分析。发现硬质合金覆层和钢基体之间形成了一个具有一定厚度的过渡层。合金元素浓度没有发生突变。两相之间形成了良好的冶金结合。并对覆层材料的显微硬度、抗弯强度与耐腐蚀性能做了研究。结果表明，硬质合金覆层材料具有较高的显微硬度、界面结合强度和优异的耐腐蚀性能。     

氮氢压缩机填料密封方式

<正> 氮氢压缩机的填料,出厂时均采用巴氏合金锥形密封环,由于该结构填料加工复杂,技术要求高,许多使用厂纷纷对这种结构填料进行改造,出现了不少行之有效的密封装置,而且几乎都采用无油润滑。其材料有:尼龙、填充聚四氟乙烯(以下简称填充四氟),氯醇橡胶及金属塑料等;其结构有:矩形环、V形环、带小帽密封环、园弧形环以及它们的组合件等。现将使用得较好的密封结构作一些介绍。一、矩形闭式密封环 矩形闭式密封环是指一个填料盒内安装了两个用填充四氟做的密封环,起轴向密封和径向密封作用(见图一)。径向密封环和轴过盈配合,一般比活塞杆小0.1—0.3mm,     

常用高压静密封结构(下)

四、高压C 形环密封(一)概述C 形环密封是依靠环的两个凸出圆弧部份与顶盖及筒身紧密接触而达到的(图6、9) 。当拧紧紧固件时,密封环受到弹性压缩,环的两圆弧接触处产生初密封比压而达到予紧密封。当内压上升时,顶盖由于介质压力有离开筒身而上移的趋势,同时密封环内腔也受到介质压力的     

氨压缩机机械密封失效原因分析和处理

1　氨压缩机工况我厂冰机是由意大利辛比隆公司设计制造的多级离心式压缩机 ,型号为 2ＭＣＬ5 2 8/1 ,轴端密封采用德国伯格曼公司生产的Ｈ -Ｄ1 /1 42 -Ｋｂ1型机械密封。整个机械密封由 1套双端面主机械密封和 1套单端面辅助机械密封组成 (见图 1 )。图 1　机械密封结构简图1-灯笼环 ;2 -“Ｏ”形密封环 ;3-动环 ;4-“Ｏ”形密封环 ;5-动环定位套 ;6-机械密封套 ;7-防松螺丝 ;8-锁紧套 ;9-锁紧套 ;10 -密封垫　　双端面主机械密封动环 (3 ) ,由锁紧套 (8)压紧在机械密封套 (6 )上 ,动环下面装有“Ｏ”形密封环 (4)。动环和轴套间无驱动销 …     

焊接密封元件的应力计算和强度分析简

根据“螺栓＋法兰＋焊接密封”密封结构的密封原理和结构特点,建立了密封元件-Ω形密封环的有限元计算模型;基于静力学平衡原理,推导出了一种简单、可靠的法兰密封面对Ω形密封环元件产 生的压应力的计算公式,且对计算模型的位移和载荷边界条件进行了合理的处理;应用ANSYS程序计算获得了Ω形密封环的应力分布场,得到了最大应力的数值和出现的部位;根据应力的性质和对结构强度的影响程度,给出了Ω形密封环元件的强度评价条件和评价结果。     

基体条件对等离子喷涂Sm_2Zr_2O_7热障涂层热冲击性能的影响

采用有限元分析软件ANSYS对等离子喷涂Sm2Zr2O7热障涂层在金属基体材质类型、厚度、半径变化时涂层的冲击热应力进行了分析。结果表明,涂层表面及表面层/金属粘结层界面处热应力及其应力梯度随着金属基体热膨胀系数增加而增大。当基体厚度超过20mm后,其对冲击热应力的影响基本可以忽略。当基体半径达到28mm后,涂层最大径向冲击热应力趋于稳定,最大轴向热应力随基体半径增加逐渐减小,最大剪切应力不受基体半径的影响。     

等离子喷涂Sm_2Zr_2O_7热障涂层残余热应力

采用有限元分析软件ANSYS对等离子喷涂Sm2Zr2O7热障涂层在金属基体材质类型、厚度、半径变化时涂层的残余热应力进行了分析。结果表明,金属基体的热膨胀系数对Sm2Zr2O7热障涂层的残余热应力有着显著影响,金属粘结层与表面陶瓷层界面处的残余应力及其应力梯度随着金属基体热膨胀系数增加而增大。金属基体厚度和半径不是影响Sm2Zr2O7热障涂层残余应力的主要因素。     

ANSYS辅助弹塑性状态下的内压厚壁圆筒应力分析

采用ANSYS有限元软件对弹塑性状态下的内压厚壁圆筒的三向应力进行应力分析,直观展示厚壁圆筒的径向应力σ_r、环向应力σ_β和轴向应力σ_z的分布规律。ANSYS计算结果与解析解吻合较好:弹塑性状态下厚壁圆筒的径向应力为压应力,随半径而减小;环向应力为拉应力,其值在塑性区随半径增大而增大,在弹性区随半径增大而减小,在临界面处取得最大值;轴向应力在塑性区随半径增大而增大,在弹性区为一恒定值。ANSYS为厚壁圆筒的应力分析提供了可靠且高效的手段。     

汽油机活塞顶面镀层的设计与仿真研究

基于有限元软件ABAQUS建立了镀层-活塞的三维几何模型，采用顺序热力耦合的有限元分析法，系统研究了镀层厚度、弹性模量和导热系数对活塞-镀层界面峰值应力的影响。结果表明：当镀层厚度在100～200μm时，活塞-镀层界面峰值应力随镀层厚度的增大而增加，从163 MPa增加至212 MPa，增大了30.06%；当镀层弹性模量在200～600 GPa时，活塞-镀层界面峰值应力随镀层弹性模量的增大而增加，从104 MPa增加至175 MPa，增大了68.27%；当涂层导热系数在50～400 W·m^-1·K^-1时，活塞-镀层界面峰值应力随镀层导热系数的增大而基本保持不变，约为171 MPa。综合考虑活塞顶面的性能需求，依据界面峰值应力与镀层结合状态的演变机理并结合实际电镀工艺：镀层厚度以150μm左右为宜，弹性模量以SiC类复合镀层材料的400～600 GPa为宜。导热系数对薄涂层活塞应力场的影响十分有限。