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.      

采用双向流固耦合的胀圈密封功率损失预测模型

针对现存胀圈密封功率损失模型不能准测预测出实际运行时密封环的功率损失的问题,提出了新的胀圈密封功率损失预测模型。基于ANSYS Workbench平台建立了包括转轴、配油套及胀圈密封环在内的双向流固耦合数值计算模型,设计并搭建了胀圈密封性能试验系统,验证了数值模拟的准确性。通过多元线性回归方法构建了包含油液动力黏度、密封压差、转轴转速以及胀圈密封结构主要尺寸参数的功率损失预测模型,比现存模型包含更多影响因素。分析结果表明：模型预测值与试验值的相对误差在9%以内,满足工业应用要求;功率损失对各影响因素的敏感度由强到弱依次为：密封压差、温度、转速,且密封压差对胀圈密封功率损失影响高度显著。     

干气密封补偿环O形圈的变形与应力分布规律

采用有限元分析软件ANSYS建立干气密封补偿环O形橡胶密封圈二维轴对称模型,对其在不同压缩率与介质压力下的变形、Von Mises应力及密封面处接触压力、接触摩擦应力分布规律进行探讨,确定O性橡胶密封圈易失效位置;分析压缩率和介质压力对其最大Von Mises应力、最大接触压力、最大接触摩擦应力的影响.分析结果表明:O形圈密封最大Von Mises应力、密封面最大接触压力、最大接触摩擦应力随介质压力的增大而增大,在中低压下提高O形圈的压缩率既能提高密封圈的密封性能,也不影响补偿环的追随性.为干气密封补偿环上的O形密封圈结构设计及选型提供参考.     

浅析端面摩擦状态对机械密封性能的影响

机械密封端面摩擦状态是决定机械密封工作寿命和密封性能好坏的关键因素。介绍了机械密封端面分别处于干摩擦、边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦状态时的工作特性,分析了端面摩擦状态对机械密封性能的影响。对于普通机械密封,端面的最佳摩擦状态应该是混合摩擦状态,如密封性能要求较高,则应该是边界摩擦状态。     

机械密封环热平衡分析

为了解决密封环热分析及温度场的具体分布问题,更深入研究密封摩擦副的温度场分布,通过建立适合的数学模型和摩擦副局部计算方法,对其进行热平衡模拟分析,事实证明,该种方法所得到的结论与实际现场工况下密封摩擦副的工作状态十分接近,其计算方法的可行性已经过分析验证,为机械密封环的设计及理论研究提供了参考依据.     

机械密封用O形橡胶密封圈微动特性

采用含高阶项的Mooney-Rivlin本构模型对机械密封用O形丁腈橡胶圈进行了轴对称有限元分析,重点考察了位移幅值、介质压力、压缩率及摩擦系数对其微动特性的影响.结果表明:随着位移幅值的增加,O形圈在微动界面上可呈现黏着、混合黏滑和完全滑移3种不同的接触状态;介质压力、压缩率及摩擦系数对O形圈的微动运行行为有重要影响;混合黏滑状态下O形圈密封界面摩擦力的显著波动会影响浮动环的浮动性;滑移状态下O形圈伴随着较高的Von Mises应力易导致其发生剪切破坏、表面磨损加剧;而在黏着状态下O形圈的综合性能最佳.因此,应避免O形圈运行于混合黏滑状态,压缩率取10%左右,并降低摩擦系数,以减缓其表面磨损和剪切破坏并满足补偿环浮动性和追随性.     

接触式机械密封摩擦端面接触状态的仿真分析

为了准确揭示接触式机械密封摩擦端面的真实接触状态,基于三维分形表面的W-M函数描述软质环密封端面的粗糙行为.通过Mathematica软件生成的粗糙表面数据点,在ANSYS中进行粗糙表面实体的建模以及接触有限元分析.得到在外载荷作用下的真实接触面积,与M-B分形接触模型进行比较,变化趋势吻合较好.研究结果表明,随着外载荷的增加,真实接触面积呈非线性增加.该研究方法为进一步研究机械密封摩擦端面的摩擦热、磨损以及接触间隙等问题提供了新途径.     

牙轮钻头碟形圈密封的试验研究

碟形圈密封是目前采用的两种主要钻头密封形式之一,具有O形圈所不及的优点——单向性及压力补偿作用。本文通过台架单元试验,研究碟形圈密封的摩擦及油脂漏失规律。 在模拟台架上(温度低于80℃),当腔内油脂压力大于腔外介质压力时,碟形圈的摩擦磨损不影响密封的可靠性,其纯磨损寿命已超过150小时,而油脂漏失则成为主要问题。本文通过试验得出了碟形圈密封漏失量的经验公式,并对轴向振动的影响进行了修正。最后提出了一种碟形圈密封的设计方法,供实际参考。     

方形同轴组合密封的结构及运行参数优化研究

利用ANSYS分析了方形同轴组合密封的结构及运行参数对其动静态密封性能的影响.结果表明:主密封面的最大静态接触压力随着滑环厚度的增加而显著减小,随滑环两侧倒角或O形圈压缩率的增加而增大;活塞杆的往复运动速度和滑环的摩擦因数对主密封面的最大动态接触压力和密封面间的摩擦力影响不明显.应用响应曲面法,以得到密封面最大接触压力和最小摩擦力作为优化目标,对该组合密封的结构参数进行优化设计,得到了方形同轴组合密封的最佳参数组合方案,即当方形同轴密封的滑环厚度为2.03,mm、顶倒角角度为33.26°、O形圈压缩率为16.70%,时密封性能最优.     

密实散粒体宏微观特性的直剪试验离散元数值分析

为了分析直剪试验中试样内部的应力、应变状态,采用离散元商业软件PFC2D在不同围压下对密实散粒体进行了大量的数值模拟,分析了试验的边界效应,应力偏转,应力、应变路径以及颗粒群的微观运动状态.模拟结果表明:边界摩擦影响室内直剪试验的测试结果,所得密实散粒体的强度指标偏高,内摩擦角存在1.5°的误差;剪切过程中,主应力大小和方向均发生变化,中心点主应力偏转约44°.由剪切带内外颗粒运动状态和应力、应变路径分析可知,剪切带内部是主要的剪胀区,存在大幅度的加卸载反应,并且应力路径峰值超出了试样峰值强度包线;剪切带外体变较小,主要处于加载状态,应力路径峰值未超出试样残余强度包线.     

压裂泵柱塞密封副有限元分析

用有限单元法对OPI-1800AWS型压裂泵柱塞密封副进行了有限元分析,获得了橡胶密封圈与柱塞之间接触应力的分布规律以及接触应力与工作介质压力的关系。计算表明:橡胶密封圈在工作介质压力的作用下,有“偏离效应”的存在。即在密封圈的接触宽度上,唇部受拉伸,根部受压缩,主密封在靠近唇部位置;同时,主密封带的位置不随介质压力的变化而变化,且最大接触应力与工作介质压力之比为1.23。所有这些为润滑状态和密封机理的分析提供了计算依据,同时为密封圈结构设计提供了新的认识和理论依据     

隔膜室橡胶密封圈结构参数研究

针对原密封圈的结构缺陷,改进了密封圈的结构,在美国AXEL实验室完成隔膜室密封圈橡胶材料性能实验.用有限元软件ANSYS对橡胶密封圈进行建模分析,以最大接触压力和最大等效应力为工作能力判据,分析结构参数对密封性能的影响,对密封圈结构的基本几何尺寸进行优化.结果表明:密封圈密封面宽度和压缩量应以保证均匀连续密封压力带,避免出现织物边缘应力过大为宜.确定了所分析参数隔膜室密封圈密封面宽取1.5 mm、压缩量取3 mm为最佳尺寸.解决了隔膜室密封结构的密闭性和早期失效问题,为设计提供参考依据.     

旋转控制头动密封结构设计及密封特性分析

依据煤层气钻井工况,对旋转控制头动密封结构进行了设计.通过简化密封结构建立分析模型,应用有限元分析软件（ABAQUS）对其接触压力、摩擦扭矩进行了数值模拟研究.在此基础上进行了密封件磨损分析及规律研究,通过磨损试验验证了研究结果的正确性,并将具有该结构的旋转控制头应用于现场,结果表明所设计动密封结构合理,能够有效减少非...     

外压式与内压式软填料密封的试验研究

以石棉线浸渍聚四氟乙烯编织填料和碳素纤维编织填料为试验样品，通过静态试验确定两种密封结构的压力变化因子．试验结果表明，内压式密封结构比外压式密封结构的侧向压力分布较为均匀．用动态试验分析了填料密封的摩擦特性和密封特性，证实内压式密封结构比外压式密封结构的摩擦功耗少、泄漏量小，且工作状态相对稳定．内压式密封结构是一种值得深入研究和推广应用的新型软填料密封结构．     

Muszynska模型第一类参数对转子系统双稳态响应的影响

为了抑制转子系统双稳态响应,提高转子系统运行的稳定性,利用含挤压油膜阻尼器的转子实验台,以Muszynska密封模型为基础,在忽略转子系统陀螺效应的情况下,推导建立了密封流体激振力作用下含挤压油膜阻尼器的单盘偏置转子-密封系统非线性动力学方程;并对方程进行数值计算分析。重点研究了Muszynska第一类参数对双稳态响应的影响,得到了其对双稳态响应的影响规律。仿真计算得到:密封半径间隙在较大的范围内变化时,转子系统双稳态响应区间变化最大不超过0.5%;密封长度、密封半径及密封压降在较大范围内变化时,转子系统双稳态响应区间变化均超过了5%。该分析结果为实验结果做出了预估,也为转子系统减振及优化改善转子密封系统提供了一定的理论依据。     

气举柱塞偏心环空间隙流场数值分析

柱塞气举利用井底压差推动柱塞沿井筒运动,依靠柱塞与管壁间隙密封举升上部液体至井口,达到排水采气目的。目前,针对柱塞实际运动中发生偏心对气举密封的影响认识不够清晰,导致无法进一步优化柱塞密封结构和工艺参数。为此,利用气液两相分层流动数值计算方法,讨论了紊流槽内相含率和速度场变化规律,并分析其多道密封机理,获得不同偏心距导致的环空间隙差异条件下柱塞密封效果。研究结果表明：当柱塞与油管轴线处于同心状态作业时,根据特定场合设计的柱塞外壁紊流槽的密封效果可以满足气举要求,但由于柱塞运动时很难保证同心,随偏心距逐渐增大,柱塞与油管间隙增大导致其密封效果逐渐变差。在偏心距为0.9 mm时,窜气量相比同心状态增加140.33%,大量气体发生滑脱;偏心距为1.5 mm时,液体以0.29 kg·m-3的速度泄露至柱塞下方区域。故偏心状态对气举柱塞密封性能的影响不容忽视,对此修正柱塞偏心环空状态下的运动方程,以探究柱塞偏心后对启动压力和单次循环排液量的影响。     

脱硫泵机械密封稳态温度场的有限元分析

机械密封温度场研究是热应力分析的基础,是影响机械密封工作寿命与密封性能的主要因素。通过建立密封环有限元模型,提出机械密封动、静环轴对称问题的有限元分析与稳态温度场计算方法,得出了密封环温度分布规律。并对接触面的热流密度、模型与介质的对流换热系数以及热流分配系数等物理量进行了分析。结果显示,温度变化主要集中在靠近内径的接触面附近的局部区域,该区域变形较大,且不利于密封环的散热。