改良双锥密封结构及其设计方法

在传统的双锥密封结构基础上提出了一种新型的半自紧金属垫片密封结构——改良双锥密封结构,通过有限元分析,得到了预紧工况下改良双锥环Mises等效应力分布以及垫片应力随预紧载荷和操作压力的变化规律.与传统的双锥密封结构相比,改良双锥密封结构的螺栓预紧力小;操作工况下,自紧作用较好.通过改良双锥密封机制分析,确定了影响密封的主要结构参数,提出了相应的设计方法.以内径1 m的改良双锥密封结构为例,设计了三因素三水平正交试验方案.通过数值模拟,得到了最佳结构参数.     

干气密封气膜流场数值分析

基于计算流体动力学(CFD)中的动压效应基本理论,建立了T型槽干气密封气膜流场控制微分方程,采用CFD软件包Fluent工具对气膜压力场进行求解,得到了计算区域径向压力的分布,由此得出T型槽干气密封能产生较好的流体动压效应的结论,并就部分槽型几何参数对密封性能中的无量纲开启力和气膜刚度的影响进行分析,得到了部分参数的最佳值.     

转子-轴承-密封系统的非线性振动特性

将非线性油膜力和密封力模型相结合,建立了具有非线性转子-轴承-密封系统的动力学模型.利用数值积分方法,对系统由于密封力引起的非线性动力学行为进行了研究,给出了系统响应随转子转速、偏心量和密封间隙变化的分叉图和最大Lyapunov指数曲线图,以及一些典型的Poincaré截面图、轴心轨迹图和频谱图.通过比较转子系统是否考虑密封力时的响应,发现非线性密封力提高了转子系统的稳定性区域,抑制了系统出现倍周期分叉,并且综合考虑非线性油膜力和密封力的耦合系统具有周期、拟周期和混沌等复杂的动力学行为.     

基于特殊螺纹密封完整性的三轴设计系数研究

针对高温高压气井完井油管柱密封完整性问题，开展了基于88.90 mm×6.45 mm 110SS材料油管一种气密封特殊螺纹密封完整性分析的管柱三轴设计系数研究，研究中采用了API RP 5C5—2017国际标准螺纹性能试验评价方法，进行了高温和室温环境下A系全包络线载荷密封实验评价。基于气密封能判据，采用有限元模拟分析了不同VME（冯米塞斯等效应力）全包络线载荷2次循环工况的密封能和密封能倍数的变化规律并确定了危险载荷点。结果表明，通过API标准密封完整性实验评价的气密封特殊螺纹连接，需采用有限元进一步分析包络线载荷循环密封能及密封能倍数的变化规律，确定这种螺纹连接安全适用范围；同时开展了3种VME全包络线载荷2次循环后密封适用性分析，确定了高温和室温两种环境下螺纹安全适用包络线载荷范围及合理的三轴安全系数，并完成了1口高温高压气井完井油管柱安全分析和现场应用。提出的研究方法为管柱三轴设计安全系数的确定提供了有益指导。     

球铰式转轴密封装置研究

提出了一种球铰式回转轴密封方法.这种密封方法是为了消除径向力对密封系统的影响,降低密封系统对回转机构的加工精度和安装精度的要求,补偿工作磨损误差,延长密封寿命.这种密封主要利用球形铰接可适应任何方向回转运动的特点,将球铰密封中的密封定轴固定在回转轴上,密封转轴固定在机器壳定体上,流体从这2个空心的具有相对回转运动的密封轴内腔流过.密封定轴和密封动轴之间的球形配合面形成主密封面.弹簧力和流体作者对球铰式密封机理及密封性能进行了研究,并将密封装关键.作用力使主密封面形成的配合间隙是该密封的置安装在某矿山的大直径高风压深孔潜孔钻机上应用,实现了7个月无泄漏现象,大大减少了处理泄漏的停产时间.理论分析和实践结果表明,这种密封方式是降低流体机构制造成本,减少维护,提高使用寿命的有效措施,在各种以油液或气体为介质的中、低速回转机械,尤其是对承受强烈冲击振动的流体机械中,具有重要的推广价值.     

循环水泵填料密封的改造

对兰州思达特种石化产品有限责任公司水处理工段的三台填料密封循环水泵的使用情况进行了分析，并对填料密封和JY型橡胶波纹管密封的使用性能和经注效益进行了比较，从而确定了将填料密封改装为JY型橡胶波纹官密封结构的方案，取得了较好的效果。     

高速螺旋槽气体密封轴向微扰的有限元分析

利用一种高阶形函数的有限元方法，分析了高速运转下的螺旋槽端面密封的轴向微扰，得到了气体密封关于轴向微扰的一些动态特性参数，如密封的动态刚度和阻尼。计算了密封的一些稳态特性参数如密封开启力，静态刚度和泄漏量。分析了这些稳态和动态参数关于压缩因数和频率因数的变化关系。     

1GPa新型密封结构的理论分析

为探讨一种新型超高压密封结构的可行性 ,对超高压下钢筒和柱塞的变形量进行了理论推导 ,通过雷诺方程数值求解 ,获得了新型密封结构的漏耗特征曲线、液膜压力分布曲线及初始间隙对泄漏量的影响曲线。分析了新型超高压密封结构的密封机理 ,讨论了新型密封的特点。结果表明 :新型的超高压动密封结构是一种自适应的动态密封结构 ;初始间隙对密封性能的影响表现出不敏感性 ,新型超高压密封是可行的密封结构 ,可实现 1GPa压力的动密封     

螺旋密封的密封能力及参数优化

建立了流体作层流运动条件下螺旋密封的封液能力模型.用CFD分析了压差力作用下密封介质受力分布和压差力作用下密封介质速度分布,并以此求出泵送流量和压差作用下产生沿螺旋槽的泄漏量和环形间隙产生的泄漏量.根据流量平衡理论求解出密封系数,并对螺旋密封结构的参数进行了参数优化,得出最佳螺旋密封结构参数,即当齿顶宽和齿槽宽比值为1,齿槽深和间隙比值为2.61,螺旋升角为15.6°时密封能力最强.为层流条件下螺旋密封结构参数的选择提供了参考.     

机械端面密封动力学的发展概况

论述了机械端面密封(包括接触式和非接触式)的动态特征,以及对影响动态特性的因素所作的试验研究和理论分析。这些因素中主要包括密封端面间流体膜效应(例如刚度、阻尼和相变等)和密封环组件,并着重考虑了密封端面表面形貌(包括波度、粗糙度和径向锥度)。针对未来机械端面密封技术的发展,特别是密封动力学的研究,提出了几个建议。     

掺氢天然气干气密封启动特性研究

为评估天然气掺氢对管线压缩机轴端干气密封性能的影响,提出一种考虑阻塞效应的干气密封性能数值预测模型,分析了不同掺氢比下干气密封的静态特性和启动特性。首先,采用空气介质螺旋槽干气密封的气膜压力分布和开启力实验数据,验证了数值模型的可靠性;然后,针对GE PCL800机型天然气管线压缩机螺旋槽干气密封,分析了4种掺氢比(H₂体积分数分别为0、10%、20%、30%)和5种进口压力(4、6、8、10、12 MPa)对干气密封开启力、泄漏量和气膜刚度等静态特性的影响规律;最后,分析了4种掺氢比和5种进口压力下,转速、进口压力、平衡比和弹簧比压对干气密封启动特性的影响规律。研究结果表明：所提出的干气密封性能数值预测模型能够可靠预测高压差下干气密封出口阻塞效应及其对密封性能的影响;掺氢比对干气密封开启力、泄漏量和气膜刚度等密封静态特性影响较小;干气密封开启临界转速随掺氢比的增加而增大(掺氢比增加30%时,开启临界转速增大8.51%～16.90%),因此天然气掺氢增大了干气密封的开启难度,需设计合适的平衡比和弹簧比压以保证干气密封顺利开启。该研究结果可为掺氢条件下天然气管线压缩...     

菱形孔密封环端面密封性能分析

针对密封端面开有等深大菱形孔的液体润滑密封环,采用有限元法求解其等温及层流不可压缩二维Reynolds方程,并通过求解密封环的力平衡方程,分析了在不同操作工况下,大菱形孔端面密封的平衡膜厚、泄漏率和液膜刚度等密封性能参数随孔深、半长轴长度、孔列数变化的规律.结果表明:在分析范围以内,当大菱形孔开孔深度d1=3.5~5.0μm、密封端面大菱形孔的半长轴长度a处于1.2~1.8mm、沿密封端面周向对称分布的菱形孔列数N=165~195时,大菱形孔端面密封的液膜稳定性和密封性能较好.     

基于空化模型的阶梯收敛槽机械密封性能分析

为解决波度端面机械密封精密加工困难的问题,提出一种由波度密封衍生变化而来的阶梯收敛槽机械密封结构,采用CFD数值模拟,考虑液膜空化效应,对其密封性能进行参数化分析.结果表明：随着槽深、槽数、槽区开口及密封压力的增加,液膜承载力和泄漏量都增大;随着转速的增加,承载力增大,泄漏量减小;随着膜厚的增加,承载力减小,泄漏量增大.在小膜厚,高转速及较低密封压力的工况条件下,更容易产生液膜空化现象,流体泄漏量降低;较小的槽深会增强流体剪切作用,空化效应增强,泄漏量降低,实现减小泄漏的目的.     

深水卡爪式连接器密封优化分析及试验研究

针对深水卡爪式连接器的密封性能,以赫兹理论为基础,建立了透镜式密封的接触力学模型,得出半接触宽度、最大接触应力及压紧力之间的关系,指出透镜式密封圈的球面半径和法兰锥面角度是影响深水卡爪式连接器密封性能的主要结构参数.对深水卡爪式连接器的密封结构进行参数化建模,以最小压紧力为目标函数对其进行了优化,通过敏感性和相关性分析验证了设计参数对密封性能的影响,得到设计最小解.对优化前后的密封结构进行有限元仿真分析,证明优化后的结构可以有效地提高密封性能,最大接触应力增加了37.9%,接触宽度增加了36.0%.建立卡爪式连接器密封性能等效试验模型,对优化前后的密封结构进行静水压力试验,给出了相应的试验结果对比,证明了优化后结构尺寸的正确性和合理性.     

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。     

特种车辆涡轮增压器内部流动特性分析

涡轮增压器是特种动力装备的重要动力部件,良好的密封是保证涡轮增压器正常工作的关键因素,而叶轮高速运转引发的压力不均则是泄漏的重要原因.基于流体力学分析方法建立有限元模型,研究了一种离心泵式密封结构的内部流场分析及流动特性,探讨了压气机端泄漏量、内部压力在不同转速和窄隙出口负压等工况下的变化规律,验证了该密封结构的油气密封性能.结果表明,受高速离心效应影响,该密封结构具备良好的防止压气机端漏油效果,高速运转时会产生漏气.研究结果为改进涡流增压器密封结构提供了参考依据.     

机械密封在较高压力场合的应用

炼厂是机械密封应用密集区域,非平衡式机械密封是炼厂设备中最常采用的机械密封形式.然而当非平衡式机械密封在较高压力场合下应用时,发现其密封效果较差.以兰州石化公司426泵房2号泵为例,分析了非平衡式机械密封在较高压力场合下故障频发的原因,并将该场合下非平衡式机械密封和平衡式机械密封的密封原理及效果进行了分析对比,最终得出通过改变机械密封的结构形式可以有效解决设备机封在较高压力场合下故障频发的问题.     

单双列螺旋槽上游泵送机械密封效果比较

为了提高上游泵送机械密封性能,针对单列槽和双列槽,2种不同槽型的密封效果进行对比研究。基于Muijderman无限窄槽理论推导了液膜压力、开启力、刚度等理论计算公式,类比水泵结构,给出了螺旋槽泵送效应表达式,并与单列螺旋槽进行比较分析。结果表明,双列螺旋槽具有上游泵送效应,能够实现密封,单列螺旋槽压力分布更平稳,相同膜厚下,液膜刚度比单列螺旋槽上游泵送机械密封大,相同开启力下,双列螺旋槽具有更小的液膜厚度和更大的液膜刚度。     

水轮机迷宫密封系统非线性动力稳定性研究

采用Muszynska非线性密封力模型,分析水轮机转轮密封系统非线性动力学特性,研究迷宫密封对水轮机转轮系统动力稳定性的影响.受密封力作用转轮发生自激振动,当转轮达到一定转速后开始失稳,发生Hopf分岔,进入周期涡动状态,涡动幅度随转速的提高而增大,增大到一定程度后,密封和转轮发生碰摩.根据Lyapunov第一近似理论判断非线性系统的运动稳定性,采用Runge-Kutta法数值模拟了转轮的轴心轨迹.通过改变迷宫密封的物理和结构参数,对系统运动特性进行敏感性分析,将Muszynska模型与八参数模型进行比较证明其变化趋势相同.     

涡轮泵转子-石墨密封系统的振动特性

针对液体火箭发动机涡轮泵中转子-石墨接触式密封系统的接触摩擦问题,建立了涡轮泵转子-石墨密封系统的弯扭耦合动力学方程.采用Runge-Kutta法得到不平衡力激励下的振动响应,并分析了压紧力对转子振动响应的影响.响应频谱分析结果表明,在石墨密封的作用下,即使转子偏心量较小,转子振动也会出现组合频率振动和零频振动等典型弯扭耦合振动现象.随着压紧力的增大,转子振动谱图中出现连续谱及零频振动,在整个频域范围内转子出现组合共振.转速的升高和压紧力的增大都会导致转子振动趋于低频振动.研究结果表明,石墨密封摩擦作用增强了转子弯曲和扭转振动的耦合,并可能引发转子系统失稳.