螺旋槽端面密封脱开转速的理论及试验

提出螺旋槽端面密封脱开转速的理论分析模型,并建立适合于密封端面脱开后的内外双槽结构的非接触式端面密封数学模型。理论研究一种外螺旋槽和内人字槽组合的双螺旋槽端面密封的临界脱开转速,同时讨论该类非接触端面密封开启力、流量、摩擦力矩等随转速和密封间隙的变化规律。试验得到了直径100 mm、槽深3 μm的组合螺旋槽(外螺旋槽和内人字槽组合)端面密封在水介质(27 ℃)工况下的临界脱开转速,并将其与理论结果进行对比研究。研究结果表明,当密封转速超过约9 kr/min后,密封处在非接触状态,此时的密封泄漏量仅为1.2 mL/s。试验得到的端面密封脱开转速与理论结果一致(误差小于10%),从而有效地证实了端面脱开转速可作为对密封端面接触与否的判定依据。当密封转速高于脱开转速后,密封处在非接触状态,其工作寿命较长,泄漏量较小,这对于可重复使用火箭发动机涡轮泵端面密封的研制具有重要理论和试验参考价值。     

双向旋转式非接触机械密封技术研究进展

在一些高参数工况下,传统的接触式机械密封往往会出现磨损严重、寿命较短的现象,难以承担设备长周期运行的重任。开展非接触式机械密封特别是双向旋转式非接触机械密封的研究,有利于这一问题的解决。本文通过对几种典型双向旋转式非接触密封的国内外研究现状综述,以及相关槽型特性的对比分析,获得了不同工况条件下工作的双向旋转式非接触密封端面槽型结构的选择原则:高压、高温、大尺寸场合宜选用圆弧槽,低速场合宜选用树形槽,磨削粒子细小的场合宜选用多孔端面,非高温场合均可考虑选用T型槽。指出完善理论模型、强化回流效应、提高开启稳定性及提升T型槽稳态运行温度区间为双向旋转式非接触机械密封技术的发展方向。     

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。     

螺旋槽气体端面密封动力学研究进展

气体端面密封属于非接触机械密封，密封操作的稳定性和可靠性与其动力学特性密切相关，螺旋槽气体端面密封动力学研究一直是该领域研究的热点和难点。综述了国内外气体端面密封动力学的理论及实验研究的发展历程、现状，指出低速气体端面密封动力学方面的理论研究和实验研究将足密封动力学研究的一个重点和方向。     

船舶艉轴密封环机械变形有限元分析

对于船舶艉轴密封环内外侧工作介质压差引起的密封端面变形,传统采用的分析方法隔离体法和整体粘接都假定密封端面必须始终完全接触,忽略了动、静环密封端面变形的差异,不能反映高介质压力下密封端面的局部接触问题。本文基于接触理论提出了整体接触法,对船舶艉轴密封环内外侧工作介质压差引起的密封端面变形进行了有限元分析,保证了端面受力与变形的协调,实现了端面接触力的自动求解和静密封环的平衡。有限元分析结果表明,密封端面在力和力矩作用下产生锥形变形,形成接触闭合区和锥形开口区,且在接触区有应力集中。     

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。     

辅助密封影响下机械密封端面变形行为的研究

采用整体接触有限单元法,考虑"O"型辅助密封圈的影响,计算了不同压力下机械密封端面变形行为.结果表明:密封端面变形造成发散型密封间隙,高压下变形较大,密封性较差;辅助密封圈对与之接触的动环变形影响较大,在低压时其端面变形与压力呈非线性关系,而在高压时呈线性关系;为减小端面变形,应对密封环结构进行合理设计,限制辅助密封圈处的密封间隙大小.     

核主泵用流体动压型机械密封耦合模型及相关性能分析

为了研究密封环组件的接触和密封端面的流固耦合作用,以某型核主泵用流体动压型机械密封为例,然后采用有限差分法和有限单元法,利用数值迭代技术,并且与密封组件三维多场耦合模型相结合,最后确定耦合场的计算.主要对高压下密封端面变形的特点和规律以及密封压力对密封性能的影响进行研究.研究成果表明：高压侧密封深槽受密封环端面挤压所产生的径向收敛锥度和周向波度的影响最大,密封端面锥度的形成与密封环宏观结构密切相关.可以采用将动压深槽加工在软质密封环端面上的方法减小在高压下形成的大波度.     

高压反应釜端面密封的试验研究

本文介绍在压力为100公斤/厘米~2和强腐蚀介质条件下操作的反应釜旋转轴端面密封的试验研究。为了防止强腐蚀有毒介质漏入大气中和保证摩擦付的有效润滑,采用有封闭液的端面密封,封闭液在高于设备内压的条件下打入密封腔内。这种密封是由在高压差工作的端面摩擦付和同强腐蚀介质接触的、在低压差(约为5     

机械密封热变形研究进展

机械密封是旋转机械中常用的一种轴密封,受力情况复杂,工作条件非常恶劣,介质压力和弹簧力的作用使得密封端面产生机械变形,端面容易呈现局部接触,当机械密封动环以高速旋转时,端面间的接触摩擦和端面对液膜的粘切作用而产生热,引起密封端面温升和热变形.端面热变形是密封失效的主要原因之一.从密封环温度场、变形、耦合变形、优化等方面综合评述了机械密封热变形的研究现状,分析存在的问题,最后指出进一步的研究方向.     

压力自适应型机械密封的数值模拟研究

针对压力自适应型机械密封在高压工况下密封端面变形与密封性能不佳的问题,采用ANSYS中的计算流体力学软件FLUENT和有限元分析软件Mechanical APDL,在15.9 MPa高压工况下分别对密封端面间隙中的液膜流场和密封环进行了数值模拟分析研究,并将计算出的液膜流场状态和密封环变形结果进行了流固耦合求解,进而对液膜厚度对密封性能的影响规律进行了分析,同时对在实际工作状态下,工作压力逐渐上升,密封各性能参数的变化规律也进行了分析。研究结果表明,该密封在高压下的端面变形符合设计需要,密封环端面间的开启工作压力在3 MPa左右,在15.9 MPa高压工况下密封端面间流场的开启力为67.6 kN、泄漏量为0.04 m3/h,平衡膜厚为2.8μm。与其他类型的密封相比,结果显示该种密封能够在高压下提供足够的开启力和在低压下较小的泄漏量。     

动静压气体端面润滑技术研究现状

动静压气体端面润滑因其高承载、高气膜稳定性和非接触等特性而广泛应用于密封、轴承和气浮输运等领域。介绍了动静压气体润滑的基本结构和工作原理,对动静压气体端面润滑技术的研究进展进行总结,重点介绍了静压节流结构的优化设计,动静压气体润滑的理论分析方法,动静压气体密封/轴承动态特性及微尺度效应研究。指出动静压气体润滑可控节流结构的设计及相关理论与实验研究还有待进一步探索,低速条件下动静压气体端面润滑的动态特性和微尺度效应是未来研究的重点,同时这也是提高动静压气体润滑结构工作性能和可靠性的关键。     

新型零泄漏软密封液压锁设计

为了提高液压系统支腿锁紧回路可靠性,实现长期使用后支腿具有良好的位置保持功能,对原软密封液压锁进行了再设计,研发了新型软密封液压锁。通过改进密封结构、密封材料等手段,解决了高压大流量频繁开锁对软密封垫射流损伤的问题,既实现了高、低压工况下的零泄漏,又满足1万次开锁的可靠性指标要求。     

机械密封端面接触状态的声发射监测方法

针对机械密封运行过程中反映密封端面接触状态的工作参数(端面开启时间、膜厚等)测量困难的问题,提出基于声发射信号的机械密封端面接触状态监测方法。根据密封端面产生的声发射信号具有时变非线性且突发性强的特点,采用经验模态分解(EMD)法对原始信号进行分离提取。EMD法能够将信号分解为不同时间尺度和不同频带的一系列固有模态函数,然后根据能量分布特征对伪分量进行剔除,得到"近源"声发射信号,抽取其信号特征运用Laplace小波相关系数法实现对密封端面接触状态的准确识别。通过机械密封测试试验证明,声发射监测技术能准确地识别机械密封装置动静环之间的接触状态和摩擦形式,能够在工业现场推广使用。     

非接触式气体端面密封低速性能试验研究

就一种非接触式气体端面密封进行了低速条件下的试验研究。试验表明，在低速下端面几何参数对密封性能有较大的影响。初步设计出了在低速条件下能够实现动、静压相结合的合理的密封结构形式。该密封气膜稳定，泄漏量小，摩擦系数低。同时，总结出了一些实现端面非接触稳定运转的必要条件。此项研究对于实现非接触气体端面密封的国产化及其应用具有一定的实用价值。     

端面机械密封的研究现状

为了提高端面机械密封工作性能的可靠性并延长其使用寿命,以其主要影响因素磨损为切入点,对目前实际使用的端面机械密封从密封机理方面进行了分析。分析结果表明:端面机械密封的密封机理集动压润滑与泵送为一体;利用动压效应和泵送效应是端面机械密封发展的趋势,另外对于螺旋槽式机械密封,借助离心力作用实现了泄漏流体的反泵送,促进了机械密封向零泄漏的发展。在摩擦副接触面形成楔形几何空间是产生动压效应和泵送效应的必要条件,使用微造型技术可获得楔形几何空间。     

机械密封端面摩擦特性参数及其测试技术

机械密封端面摩擦特性是决定机械密封工作寿命和密封性能好坏的关键因素,机械密封端面摩擦特性参数的测试是机械密封试验研究和产品质量评价中的关键技术。分析了表征机械密封端面摩擦特性的常用性能参数,介绍了端面摩擦扭矩、端面磨损量、端面温度、端面流体膜厚及端面流体膜压的测试技术,探讨了常用测试方法的优缺点及难点。指出了消除测试过程中外部较大的干扰信号是提高测试精度和可靠性的关键,而基于传感技术的计算机数据采集与处理是机械密封端面摩擦特性参数测试技术的发展趋势。     

井下流量控制阀金属密封接触力学行为的理论与仿真研究

智能井井下流量控制阀(ICV)的金属密封旨在隔离油套管环空的原油流动,其接触力学行为对井下流量控制阀的结构设计和可靠性至关重要。推导金属密封接触应力与其自变量之间的相关理论模型,并利用有限元法研究并验证了金属密封接触应力与其自变量之间的理论关系。为表征密封应力,将金属密封组件与滑套的二维轴对称模型抽象为悬臂梁模型。研究发现：接触应力的理论解和数值解与工作压力、悬臂梁长度、悬臂梁截面高度和悬臂梁端面的水平位移成正比,而与悬臂梁倾角的正弦值和密封面的宽度成反比。各自变量引起的接触应力的理论解和数值解之间的平均相对误差均不大于10%,验证了提出的理论模型是正确的。该模型可为已知油田条件下的金属密封设计提供依据。     

航空发动机轴承腔气液两相润滑机械密封性能分析

针对航空发动机轴承腔气液两相环境非接触式机械密封启动过程的磨损问题,提出高压侧具有引流槽、可实现零泄漏的润滑密封端面结构。基于雷诺方程建立润滑膜流场分析模型,求解计算具有动压-润滑组合槽的机械密封性能,并与普通螺旋槽机械密封进行了性能对比,讨论高压侧引入润滑槽对液膜厚度、液膜刚度、泄漏率以及摩擦性能的影响规律,通过高速性能试验及摩擦磨损试验验证计算的准确性和端面的减磨效果。端面结构在低速阶段的接触摩擦试验显示,具有组合槽的密封端面在相同的启停工况下端面摩擦因数可以有效降低50%～75%,高速性能试验结果显示,具有组合槽和仅有动压槽的机械密封在工况范围内均能保持理想的负泄漏率,说明气液两相润滑机械密封能够在工作环境中处于理想的泵送状态,实现了对润滑油的绝对密封效果。外侧深槽与动压浅槽组合的机械密封端面结构可以显著改善端面摩擦磨损状况,可为高速和超高速轴承腔气液两相机械密封端面减磨优化设计提供参考。     

机械密封的功率消耗试验及测量方法

随着机械密封应用的普及、机械密封的失效已成为石油化工等部门的回转机械（离心泵等）工作不可靠的重要因素,机械密封的端面摩擦不但直接消耗能源,而且,因端面摩擦过度而引起的密封失效泄漏所造成的损失则更大。本文在试验的基础上,研究了机械密封消耗的构成,介绍机械密封摩擦功率的测量方法,对机械密封不同工况不功率消耗的变化进行了分析,提出了降低机械密封功率消耗和改善密封功能,提高机械密封的工作可靠性的途径。