机械密封变形的研究

对机械密封环的各种变形形式进行了分析和评价,提出了机械密封设计的平行面原则.研究认为,影响机械密封热变形和压力变形的主要因素有密封环的材料、结构和使用条件.对这些影响因素进行控制可使变形得到协调.密封特性协调的方法有两种:一是每个环的热变形和压力变形相抵销,二是动环的变形与静环的变形协调.热变形和压力变形都可以从正值变化到负值.     

基于流固耦合上游泵送机械密封的变形分析

采用Pro/E软件建立了密封动环三维几何模型,由Fluent软件模拟获得的液膜压力作为动环端面的边界条件之一导入Ansys Workbench进行单向流固耦合计算,在不同工况下对C石墨,SiC,WC和结构钢(Steel)4种材料进行了有限元对比分析.结果表明:最大变形发生在动环端面螺旋槽顶端,而最大应力发生在动环背面的密封台阶处;最大变形和最大应力几乎不受转速的影响,而受介质压力的影响比较明显,且随着介质压力的增大呈线性增加;4种材料中,C石墨的最大变形和最大应力都很大,不适合作动环材料,从密封环变形量角度考虑,而在满足其他要求的情况下,推荐优先选用SiC.     

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。     

探讨核主泵用流体静压型机械密封在高压和高速下的机械密封性能

将核主泵用流体静压型机械密封作为研究的对象,其中考虑到密封圈的影响,在高速和高压情况下,端面热弹变形很容易影响到其展现出来的密封性能的特点,因此采用有限元法阐述密封环的热弹变形,对其密封性能做出一定的分析.该文核主泵用流体静压型机械密封在高压、高速的条件下,高压会导致密封端面力变形,而高速环境中则会使端面间流体膜因粘性剪切作用,同时再加上旋转组件的搅拌生热,在整个机械密封的温度场发生改变的同时,密封环也产生了变形.     

基于响应面法的泥浆泵机械密封结构优化

为解决泥浆泵机械密封受压导致端面变形进而失效问题。文章基于ZTZJB-D01泥浆泵密封模型，对密封环结构参数的性能影响进行研究分析，用拉丁超立方采样建立克里格响应面模型，对密封环结构参数组合进行优化，并使用静态结构模块对结果进行验证。研究结果表明，端面宽度与密封环的变形和应力成反比，与密封环最小疲劳寿命成正比。窄环高度和游隙深度与密封环的最大总变形和最大等效应力成正比，与密封环的最小疲劳寿命成反比。密封环的最大总变形力和最大等效力分别降低了61.11%和64.12%,最小疲劳寿命提升到15 069 cycle/s。响应面优化方法适用于泥浆泵机械密封的结构设计，使得密封环的强度性能得到显著提升。     

有限元下的Ω机械密封装置热性能研究

针对目前国外比较先进的Ω端面机械密封装置,进行了机械密封环的尺寸设计;利用经验公式计算了润滑冷却介质与静、动密封环之间的热流密度,利用ANSYS软件建立了密封静、动环温度场的模型,计算了密封环的热应力和机械应力;研究了机械密封环的稳态温度场,为研究机械密封环的热影响提供了参考依据;计算结果具有一定的工程应用价值。     

端面倾斜对粗糙表面机械密封性能的影响

针对航空泵用机械密封实际操作条件,考虑粗糙表面弹塑性接触,基于质量守恒的JFO(Jakobsson-Floberg-Olsson)空化理论建立了倾斜粗糙端面机械密封环的液体润滑和混合润滑计算模型;采用有限单元法求解PC(Patir and Cheng)平均Reynolds方程,获得端面液膜的压力分布;对比研究了在不同的密封压力、中心膜厚和转速条件下,端面倾斜角对粗糙表面和光滑表面机械密封性能参数的影响规律.结果表明:随着倾斜角增大,端面的承载力增大,摩擦力先减小而后增大,泄漏率增大;当端面倾斜角较小时,粗糙表面机械密封性能优于光滑表面机械密封性能.     

釜用深槽型机械密封性能的有限元分析

文中对高压低速深槽釜用机械密封的性能进行了分析,采用有限元法对密封环的变形,膜厚,膜压以及改变密封介质的压力,密封环的材料,端面开槽的形状和个数对密封性能的影响进行了计算,并与现场实验数据进行了对比,为高压机械密封的设计提供了参考依据。     

密封环滑动面变形对润滑性能的影响

建立了机械密封环滑动面变形的几何模型,采用自适应相关函数模拟密封环滑动面的微观表面形貌。结合所模拟的粗糙表面,建立了滑动面变形时的微观流体动压润滑模型,采用有限差分法,运用MATLAB语言进行编程求解,实现了对一定外载荷下滑动面微观流体润滑压力分布和流体膜厚度分布的计算。在此基础上,通过一个具体的实例计算分析,系统研究了滑动面变形和外载荷变化对密封环流体膜厚、摩擦力、发热量、泄漏量等润滑性能的影响规律,得到一系列规律性曲线,并进行了一定的分析说明。     

周向波度机械密封的流固耦合

以波度密封为例,建立了考虑静环倾斜时流体动压型机械密封的流固耦合三维性能分析模型,研究了静环倾斜量、密封环弹性变形对端面压强分布、密封性能的影响规律;同时改变结构参数和操作参数,研究其对端面弹性变形的影响规律。结果表明：弹性变形及静环的倾斜对端面的压强分布、密封性能影响显著,使端面间隙由外径向内径形成收敛型,周向波度及...     

釜用高压机械密封变形分析——用有限元法计算温度场、温差应力、机械应力所引起的变形

配合机械密封的科研和试验工作,我们对机械密封在温差应力和机械应力共同作用下产生的变形进行了计算。 本文主要介绍一下机械密封变形计算方法并对计算得到的结果进行讨论。 我们在我院ACOS-400型计算机上,分别采用变分原理有限元法和弹性力学有限元法,计算了温度场和变形,在约束的简化方面进行了新的偿试。由计算得知:温度和压力是影响机械密封性能的最主要因素,其中温度的影响最为显著;在高压情况下,平衡系数会对密封端面比压的大小及其分布产生较大影响;高压机械密封的加工精度和安装误差会对其使用性能产生直接的影响;机械密封在操作时,既可能是内缘接触,也可能是外缘接触;机械密封环在安装时必须保证一定的浮动性。减小机械密封环变形的最有效措施是加强润滑和冷却,尽可能地减小密封端面附近的温度梯度,同时要合理地选用摩擦付材料,此外要进行严谨的结构设计和必要的实验。     

船舶艉轴密封装置动态环境下的热态性能模拟分析

船舶艉轴密封装置工作时,其密封环连续接触产生摩擦热,引起密封端面的温升以及热变形.通过SolidWorks软件建立密封环的温度场模型,采用ANSYS 13.0有限元分析软件,模拟不同弹簧压缩量下密封环的温度场,获得端面的温度分布、应力分布规律以及时间响应下的动态特性.研究结果表明,密封环温度随着弹簧压缩量的增加而升高;密封环的瞬时温度约0.5h可达到稳定状态,且不同弹簧压缩量下的密封环温度满足实际使用温度范围.     

土坝地震孔隙水压力产生、扩散和消散的有限单元法动力分析

本文将地震产生的振动孔隙水压力与土坝和地基的变形和固结紧密结合起来,将振动孔隙水压力引入著名的皮奥(Biot)方程式中,用等参数有限单元法联立求解位移和残余孔隙水压力;提出了一种适用于土坝和地基动力分析的非线性二维有效应力分析方法.采用该法,不仅可以计算地震动应力、动应变、加速度,而且可以计算地震期和地震结束后的孔隙水压力增长、扩散、消散、液化的发生发展过程、土的残余体积变形及其随着时间的变化.文中以加权剩余值法为基础,进行了详细的有限单元法分析与公式推导.作为算例,文末给出了在地震作用下辽宁盖县石门土坝的计算结果.     

基于微观尺度的石墨环密封性能提升研究

<正>石墨密封环广泛应用于高速转动副的端面密封。石墨环在力学性能方面,具有能够承受一定弯矩以及在压缩应力下抗变形和破坏的能力。柱塞泵轴尾处利用石墨材料的润滑性和耐磨性,采用石墨环密封组件形式,具有支撑传动轴并防止传动轴渗漏的作用。某型柱塞泵使用过程中,经常发现石墨环密封面有凹坑、磨损等问题,造成轴尾渗漏故障影响泵的使用性能。因此,需要对影响石墨环使用性能的因素进行分析与研究,通过对其密封原理和不同石墨材质密封带表面微观形貌的分析来找出一种新的密封材料,以达到提高密封环密封性能的目的。     

基于半解析法的极端工况干气密封动态特性研究与参数设计

采用Miller与Green提出的半解析方法,对极端工况下螺旋槽干气密封的动态特性进行了研究。首先运用有限元方法数值求解可压缩气体Reynolds方程,通过计算气膜对膜厚阶跃变化的响应,建立了干气密封中气膜的动刚度模型。在频域内将该模型应用于密封环的动力学分析,通过数学变换得到密封环在时域内的运动,从而建立了干气密封动态响应的解析式分析方法。利用该方法分析了干气密封对轴向、角向位移扰动的响应,并研究了密封端面几何参数对动态特性的影响规律。通过参数设计,可以得出端面参数的合理取值范围,从而改善密封动态性能。     

旋转轴唇形密封泵吸率的有限元数值分析

为准确预测旋转轴唇形密封的泵吸率,采用JFO空化边界条件,建立了遵循质量守恒的唇形密封的稳态润滑数学模型;采用流线迎风有限单元法求解润滑控制方程,分析了唇形密封操作参数和表面微条纹结构参数对泵吸率的影响规律.结果表明:泵吸率随转轴速度增加而增加,而随密封压力增加而减小,甚至转变为泄漏率;泵吸率随微条纹的周向波度、周向波长、最大周向变形的增大而增加,而随微条纹的轴向波度的增大而减小;微条纹最大周向变形位置靠近油侧时,唇形密封才具有泵吸作用,且越靠近油侧,泵吸率越大.     

铝合金油管特殊螺纹接头设计及密封性能

以应用于油井特殊环境下的铝合金油管为研究对象,对其接头螺纹及密封进行了设计研究。首先根据应用环境,确定了接头的结构及密封形式,然后采用理论设计方法,对偏梯形螺纹进行等强度设计,通过建立二维轴对称有限元模型,对螺纹面、密封锥面、密封环的密封特性进行了设计研究,结果表明:螺纹面和锥面的接触应力都随着其自身过盈量的增加而增加,但内外锥面的接触应力随着螺纹面过盈量的增加而减少,螺纹面的接触应力随锥面的过盈量变化不大。端面密封环过盈量的设计要综合考虑油管及自身受力的变形,以确保在密封环的变形量在其弹性范围内,提供较好的密封性能。最后以设计的结构参数为例,分析了接头在不同工况下的强度及密封性能,结果满足应用要求,验证了设计的合理性。     

非连续变形计算力学模型基本原理及其线性规划解

采用Ｃｌｕｌｏｍｂ摩擦定律考虑界面的摩擦接触条件,从的平面问题出发,根据其边值方程的弱形式,利用加权余量法,在分别建立广义有限单元的位移插值模式和接触力元的基础上,推导了多体系统非连续变形计算力学模型的基本控制方程,给出了其线性规划的数学列式和求解该问题的数值算法。     

Ω形密封环的应力分析

作为弹性密封元件，Ω形密封环广泛应用于高参数工况条件下，掌握其在工况下的应力－应变状况是Ω环设计的重要内容。采用非线性有限元法对Ω形密封环在内压以及内压－轴向载荷作用下的应力－应变分布进行了计算，计算结果表明在轴向载荷与内压共同作用下，Ω环内的最大应变值出现在环壳－圆弧段交界面或环圈－圆弧段交界面上。该研究结果为Ω形密封环的极限设计提供了依据。     

地铁列车荷载引起隧道基底长期沉降研究

地铁隧道在投入运营后,由于地铁列车荷载引起隧道基底的变形与稳定已成为亟待解决的问题.为研究运营期昆明地铁在列车荷载作用下隧道基底长期沉降变形,首先通过人工激振力函数法确定地铁列车荷载时程曲线.其次采用有限单元法,建立地铁隧道基底土体的动力响应的数值模型,揭示隧道基底土层的动力反应特性.最后采用Li和Selig提出修正指数模型预测昆明地铁在列车循环荷载作用下隧道基底的长期沉降变形.研究结果表明:地铁列车荷载产生动应力主要影响范围在隧道底部0~5m;昆明地铁三号线运营10年后的隧道基底的累计沉降值约为14.3mm,第一年的沉降值约占运营前10年累计沉降值的52%.