高速转轴微细间隙气体泄漏的实验研究

高速微转轴的周隙中不但存在气体泄漏，而且受轴向压差与周向剪切作用，其流动形式非常复杂。为了考察由这部分泄漏带来的损失和气体在微间隙内流动规律，设计并搭建了一套实验测试装置，作出了冷热气体泄漏量与转速、轴向压差的关系曲线。分析研究了温度、入口惯性效应等因素对漏气量的影响。结果表明：当转速和缝隙高度一定时，漏气量随轴向压差增加而增加，而且与轴向压差成正比例关系；当轴向压差和缝隙高度一定时，漏气量随转速（涡轮牙钻气源压力）增加而减少，开始段减少明显，但当转速增加到某个值后，漏气量几乎不变。     

迷宫齿蘑菇形磨损时密封泄漏特性和转子动力特性系数研究

采用基于转子多频椭圆涡动模型和动网格技术的Unsteady Reynolds-Averaged NavierStokes(URANS)方程求解方法,研究了迷宫齿蘑菇形磨损对密封泄漏特性和气流激振转子动力特性的影响,计算分析了未磨损以及磨损间隙分别为0.4、0.5、0.6mm时的密封泄漏量,流场以及转子动力特性系数。结果表明:迷宫齿蘑菇形磨损使得密封间隙内缩流面积增加,导致迷宫密封泄漏量随磨损间隙增加而增加,且当磨损间隙大于0.4mm时,泄漏量随磨损间隙增加而线性增加;迷宫齿蘑菇形磨损增加了密封的直接刚度,降低了密封交叉刚度的大小以及直接阻尼,但当磨损间隙超过0.5mm时,直接阻尼不再发生改变;随着迷宫齿蘑菇形磨损间隙增加,迷宫密封有效阻尼降低,从而使得转子稳定性降低,但仍然处于稳定范围内。     

迷宫齿弯曲磨损时密封泄漏特性和转子动力特性系数研究

针对迷宫密封在运行过程中因碰磨因素等导致迷宫齿弯曲磨损,进而影响其泄漏和转子动力特性的问题,开展了迷宫齿弯曲磨损时密封泄漏和转子动力特性变化的数值研究。采用基于转子多频椭圆涡动模型和动网格技术的unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes(URANS)方程求解方法,计算分析了迷宫齿未弯曲磨损时间隙为0.3mm以及3种不同弯曲程度下间隙为0.4、0.5、0.6mm时的密封泄漏量和转子动力特性系数,并计算了未弯曲磨损条件下间隙为0.4、0.5、0.6mm时密封泄漏量以进行对比。研究结果表明:迷宫齿弯曲磨损时密封泄漏量是由径向间隙与弯曲曲率共同决定的。当迷宫齿未弯曲时,密封泄漏量随径向间隙增加而线性增加;迷宫齿弯曲曲率增加会削弱密封入口的压缩效应,增加密封归一化缩流面积;当径向间隙为0.6mm时,迷宫齿弯曲使得密封泄漏量增加6.1%。随着迷宫齿弯曲磨损后径向间隙增加,密封直接刚度逐渐增加,导致转子系统的临界转速提高,对于运行转速小于临界转速的转子系统,有利于避免与转子系统发生共振。交叉刚度大小和直接阻尼随迷宫齿弯曲磨损后径向间隙增加而逐渐降低,引起密封有效阻尼逐渐降低,不利于转子系统的稳定性。     

运动副间隙对涡旋压缩机切向泄漏间隙的影响

针对曲柄销防自转机构涡旋压缩机运动副间隙引起的切向泄漏问题,基于机构学原理简化的平行四杆机构模型,利用连续接触模型,将含间隙的机构转化为多构件多自由度无间隙的机构进行分析,并借助Matlab数值分析软件得出防自转曲柄销处间隙值对动涡旋自转角及切向泄漏间隙的影响.结果表明:动涡盘自转使得泄漏间隙变化量随主轴转角周期性变化,且随着间隙值的增大而增大;反向自转形成的负值间隙变化量使动静涡旋齿磨损增大.因此,在压缩机设计时应严格选用配合公差,减少配合间隙带来的不利影响.     

低粘度液化燃油在油泵偶件环隙中泄漏的研究

针对低粘度液化燃油（如液化石油气、二甲醚等）在高压燃油泵柱塞偶件环形缝隙中存在较严重燃油泄漏的问题，提出了定量分析其燃油泄漏的数学模型与计算方法；以液化燃油二甲醚为例，运用有限元分析软件，对高压燃油泵柱塞的变形及其偶件配合面环带间隙中的燃油泄漏，进行了液固耦合计算分析，提出了解决低粘度液化燃油泄漏问题的技术措施．     

橡胶黏弹性对橡胶O形圈密封性能的影响

运用Ansys软件对橡胶密封圈进行瞬态动力学分析,研究橡胶材料的黏弹性对橡胶密封圈密封性能的影响。利用APDL参数化语言施加位移载荷,模拟橡胶密封结构在常温下的压缩追随性能,并在此基础上研究了橡胶O形圈的截面直径、间隙张开量、间隙张开时间、压缩率和压力对密封圈密封性能的影响。通过观察O形圈上表面的接触压力随时间的变化,探索在考虑振动工况和材料黏弹性的情况下O形密封圈的设计依据。研究结果表明,密封圈截面直径越大,其回弹时间越长,回弹量越小,压缩率、内压及密封面接触压力越大,追随间隙波动能力和密封性能越好。     

不均匀预紧对螺栓法兰垫片接头密封性能的影响

测量了柔性石墨-不锈钢金属缠绕垫片的非线性压缩-回弹曲线,建立了螺栓法兰垫片接头整体结构有限元模型,采用泄漏率来表征其密封性能,分析了螺栓不均匀预紧对接头密封性能的影响。结果表明：个别螺栓欠预紧会导致密封泄漏率增加;欠预紧程度越大,欠预紧螺栓数目越多,螺栓间越互相靠近,则泄漏率越大,且泄漏位置出现在欠预紧螺栓区域;个别螺栓超预紧时,泄漏率不降反略有增加,泄漏位置出现在超预紧螺栓对侧区域。     

DAS组合密封圈密封特性

为了研究工程机械用DAS组合密封圈密封特性及其变化规律,建立密封特性计算模型,使用三次多项式修正密封圈压力油侧接触应力,得到近似油膜压力分布;结合逆解法求解油膜厚度,研究DAS组合密封圈预压缩量、油液压力及活塞杆伸出速度对平均油膜厚度、内泄漏量及动摩擦力的影响。研究结果表明:随着预压缩量增大,平均油膜厚度及内泄漏量逐渐减小,动摩擦力逐渐增大;随着油液压力的增大,平均油膜厚度及内泄漏量逐渐减小,动摩擦力逐渐增大;随着活塞杆伸出速度增大,平均油膜厚度、内泄漏量及动摩擦力随之增大。综合考虑各因素对密封件磨损、内泄漏的影响,建议DAS组合密封圈应用于活塞密封时最小压缩量c=1 mm,最大活塞杆伸出速度v=0.1 m/s。     

纵向间隙对胶接接头应力分布影响的数值分析

运用弹塑性有限元法研究了连续和纵向间隙连接的单搭接接头应力分布规律.结果表明,当纵向间隙存在时,应力峰值发生在间隙端,随着间隙越大,应力集中越明显;间隙的偏心距越大,应力集中越明显.     

叶顶泄漏流对半开式离心泵叶轮流动结构的影响

为研究不同叶顶间隙下叶顶泄漏流对半开式叶轮离心泵流动结构的影响,设计5种不同尺寸叶顶间隙方案,采用SSTk-ω湍流模型,对半开式叶轮离心泵进行全流道三维数值计算,分析半开式叶轮叶顶间隙内部流动结构并进行可视化实验验证.结果表明:随着叶顶间隙的减小,离心泵的扬程和效率明显上升,间隙值减小到0.7 mm时,进一步减小叶顶间隙,泵的效率不再有明显变化;叶顶间隙选取最佳值对泄漏涡发展有一定的抑制作用.利用Q准则对涡进行判别发现:随着间隙的减小,主泄漏涡强度减弱,二次泄漏涡逐渐消失,对主流的影响减小;当间隙减小到0.7 mm时,二次泄漏涡完全消失,主泄漏涡强度最弱;叶顶间隙泄漏流对流场的干涉程度受流量影响,小流量工况时,通过减小叶顶间隙可以提高叶片区流动抗干扰能力.     

综合传动铸铁密封环磨损模糊可靠性分析与计算

为了提高综合传动密封装置的可靠性和耐久性,在对密封环磨损机理和失效特性研究分析的基础上,应用模糊理论建立综合传动铸铁密封环的模糊可靠性模型,推导出模糊可靠度计算的数学表达式.根据耐磨性试验所获得的密封环磨损速度,计算出密封环在不同时间段上模糊可靠度以及耐磨寿命,计算结果与实际工作情况相符,说明运用模糊数学能更好地描述密封环耐磨性可靠度的变化.该方法亦可应用于其它机械摩擦磨损类零件的可靠性分析与计算.     

斯特林制冷机无油润滑间隙密封的设计与研究

传统的制冷机回热器常使用接触式滑动密封,存在磨损,限制了制冷机的使用寿命.间隙密封的应用则可以避免这些问题.斯特林制冷机的密封关键在于气缸与活塞的间隙密封,能否有效地将其密封直接影响了斯特林制冷机的性能与可靠性.斯特林制冷机回热器采用间隙密封,这种密封方式不仅可以达到密封的目的,同时可以消除因密封面接触而产生的磨损,以及因此而产生的磨损污染.但是,由于间隙内气体的泄漏,引起了冷量的损失,使制冷量减少.因此在间隙密封的设计中要合理设计间隙的大小以及间隙的偏心度,以确保密封的有效性及其使用寿命.     

水力机械止漏密封的试验研究及其改进

本文针对水泵叶轮、混流式水轮机转轮止漏密封的磨损和汽蚀破坏情况,对圆柱面间隙式密封、迷宫式密封和反螺旋式密封间隙的压力分布及其泄漏量变化规律进行了模拟试验研究。结果表明:用新设计的反螺旋式密封代替传统的迷宫式密封,可以减轻止漏密封磨蚀破坏,延长水泵和水轮机使用寿命,提高水力机械的容积效率。     

填料密封预紧应力与磨损量和泄漏量的映射模型

核电因其辐射性,对相关设备密封要求高。填料密封是广泛用于核电机械中孔轴配合之间的动密封方式。填料密封的预紧力越大,密封效果越好,但磨损速度也会增大,使用寿命随之降低。因此通过研究预紧力与密封介质泄漏率和密封材料磨损率之间的关系,建立不同预紧应力对密封介质泄漏和密封材料磨损的映射关系模型,基于实验数据对该模型关键参数进行识别,得到磨损量和泄漏量的最终模型,通过实验对修正模型的准确性进行了验证。     

偏摆角对圆周密封结构特性及泄漏的影响

根据偏摆角圆周密封分析,建立受力模型和有限元分析模型.通过结构分析与热-结构耦合分析,得到了不同偏摆角下主、辅助密封面应力和变形分布规律及泄漏间隙和泄漏量变化规律.主、辅助密封面应力和变形分布均匀,最大应力和最大变形位于凸舌处,主密封面最大变形大于辅助密封面,最大应力和最大变形随偏摆角增加而增大.热-结构耦合分析应力和变形与结构分析分布规律基本一致,但均大于结构分析.主密封面间隙从轴承腔向气腔增大,辅助密封面间隙从中心向两端增大,接头处间隙最大.泄漏量随偏摆角增加而增大.     

气动力作用下旋转叶片的动力特性研究

气固耦合振动是叶片振动的影响因素之一,为了了解旋转机械中叶片在气流作用下的动力特性,使用CFX和ANSYS分别求解流场和结构响应.探讨了叶片在气流激励下的耦合计算方法,将旋转叶片与气流作为一个系统进行气流场与固体弹性结构的瞬态动态响应计算.建立了一个旋转叶片流道模型,对气流场进行全场三维非定常瞬态求解,将非定常气动载荷引入旋转叶片有限元结构计算中,得到叶片在不同转速下的强迫响应,并对其响应位移变化进行分析比较.结果显示在非定常条件下,叶片的不稳定范围位于固有频率附近.此研究为工程上对旋转叶片的动力响应预估和研究提供了一个可行的方法.     

端面磨损对U型槽动压机械密封性能的影响

以核主泵所用U型槽动压密封环为对象,研究了密封端面因介质中微粒所引起的磨损问题.结果表明：端面动压槽根部产生的初期磨损将造成刚度和泄漏率增加,且随着磨痕数量的增加,泄漏率呈线性增加;当磨痕贯穿密封坝而使U型槽根部与端面低压侧短路时,将会造成泄漏率的阶跃上升和刚度急剧下降.在实际使用的过程中,多个U型槽将会同时出现磨痕,当一处磨痕贯穿密封坝时,将造成大量介质泄漏,且磨痕越深,其泄漏率越大,最终导致密封失效.     

非圆胀圈型密封环的设计方法与性能分析

为解决重载车辆中由于胀圈密封失效而导致的传动系统故障问题,提出通过胀圈的非圆设计减小辅助密封面和接口处漏率,并减小胀圈失稳破坏的可能性,以提高胀圈密封的可靠性和使用寿命. 分别通过基于曲梁解的理论解析和有限元数值模拟方法分析了胀圈装配状态下的受力与变形情况,计算出可以实现辅助密封面理想贴合的非圆胀圈的外轮廓曲线,讨论了解析方法的适用范围和接口形式对非圆线形的影响. 通过对胀圈变形和受力状态的有限元分析,发现非圆胀圈的密封间隙和漏率明显减小,密封性能显著提高.      

等温输油管路的经济管径与界限输量计算模型

考虑了油品黏度和输送量对泵效、流态和经济管径的影响,以管道建设投资的年分摊费用、管道年维修费用和管道运行年能耗费用之和为目标函数,给出了等温输油管路经济管径和界限输量的完整计算模型.采用斐波那契搜索算法对所建模型进行了计算,计算表明,本模型适用于各种流态,能较好地反映黏度和输量对经济管径的影响,计算收敛性很好.模型对等温输油管路的技术经济设计提供了可靠的理论依据.     

面向砼密封体磨损寿命的结构优化设计

为解决混凝土泵送过程中砼密封体在混凝土多相流体以及变载荷条件下的使用寿命问题,提出了基于摩擦副接触压强均匀化评价的砼密封体结构形态参数优化设计方法.即在归纳了弹性接触摩擦磨损的一般化物理模型的基础上,分析影响磨损的主要因素.参照实际工况建立砼密封体接触力学模型,并以砼密封体接触压强均匀化为基准建立优化目标评价函数,通过...