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.     

涡轮泵端面密封贮存仿真及可靠性分析

为分析长期贮存条件下涡轮泵端面密封变形问题,采用有限元分析软件对涡轮泵端面密封静环组件过盈配合及长期贮存中的蠕变变形进行了分析计算.使用应变率硬化材料模型描述蠕变特性,得到了不同年限下密封组件应力-应变和石墨环变形结果.随后利用无失效数据的多层Bayes方法和广义强度应力模型两种方法对端面密封静环组件可靠性进行了评估.广义强度应力模型将仿真结果引入,联合现场试验信息评估组件长期贮存后密封性能可靠性,有效提高了小子样条件下可靠性评定的精度,而且更加可信.     

基于ANSYS的机械密封热力耦合变形计算及分析

针对机械密封在工作时摩擦生热以及受外载荷作用,导致密封端面变形,进而影响密封性能的问题,应用ANSYS软件,对机械密封动环端面温度场分布规律以及温度场引起的热变形、受力引起的力变形和热力耦合变形进行分析.研究结果表明:摩擦生热导致动环端面温度呈梯度分布,随着半径的增大温度从高到低;热变形使端面产生拉伸位移,随着半径的增大变形量减小;受力引起的变形与热变形趋势相反,在内径处产生最大压缩位移,外经处产生最大拉伸位移;热力耦合变形介于两者之间.因此,综合考虑热力耦合变形比单独考虑热、力变形对端面变形影响较小.     

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。     

润滑油类密封设计及性能

在大多数工况条件下,通用型机械密封均可取得较好的密封效果,但对一些特殊介质,如润滑油类介质,密封效果并不好。这主要是由于在热变形和压力变形共同作用下,密封端面环向角变形,热转角不规则变化的结果,因此需要对机械密封中热变形和压力变形的控制进行研究。通过控制摩擦副几何形状和选择摩擦副材料的组合就可以控制热转角,并取得较好的密封效果。C89密封就是经过分析优化的专用于润滑油类介质的密封。     

基于CFD的螺旋槽干气密封端面开孔流场的分析

为了测量静环端面安装传感器开孔对流场气膜压力的影响因子,应用Solidworks软件建立三维螺旋槽干气密封端面气膜模型,包括在动环槽底根径相对的静环端面开孔和不开孔的2种模型建模.在特定工况下,运用Fluent软件对螺旋槽干气密封内部微间隙三维气体流场2种模型以层流模式分别进行数值模拟,得到2种模型的泄漏量,且与试验值...     

SiC/C功能梯度材料的热-应力耦合分析

建立SiC/C功能梯度材料(FGMs)和SiC、石墨直接结合层状材料(无过渡层)的热应力耦合问题的计算数学模型;采用ANSYS10.0有限元分析程序对2类材料的应力场分布进行模拟,获得其在1 000℃热载荷下的应力场分布图,并比较二者应力分布状态,以实现SiC/C FGMs组分与结构的优化设计。研究结果表明:SiC/C FGMs比SiC和石墨直接结合层状材料具有显著的缓和热应力的优势,前者的最大应力比后者的小,过渡层数愈多,最大应力愈小,SiC/C-11的最大应力约为后者的1/2;2类材料的应力分布形态均呈轴对称的平行排列的带状,所受应力均在界面层达到极大值,在各层中部达到极小值;随过渡层数增多,应力梯度减小,且沿厚度方向自SiC层至石墨层,界面层应力带愈来愈窄直至消失,界面应力实现最小化,SiC/C FGMs的过渡层数N以≥9为宜。     

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.     

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。     

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...     

基于CFD的微孔端面机械密封液膜动压分析

应用Pro/E软件建立微孔端面间液膜的三维立体模型,用Gambit软件对模型分别进行网格划分.在特定工况下,利用Fluent软件对不同流体黏度和转速下的微孔端面间的内部微间隙三维流场进行数值模拟,得到3种流场的压力分布.结果表明:平均动压力随着介质黏度的降低而呈线性减小,说明流体黏度低时流体动压效应弱;平均动压力随转速的增加而线性增加,表明密封环的转速越高,流体动压效应越明显.     

泵出型螺旋槽机械密封端面间隙气液两相流动数值分析

针对泵出型螺旋槽气膜密封由于阻塞气压力降低,被密封液相介质进入密封间隙的情况,以密封端面间隙流体膜为研究对象,利用Fluent软件VOF模型模拟阻塞气压力恢复到正常值时端面间隙的流动状况。此时流体膜处于气液两相非稳定流动状态,研究密封端面间气液两相介质分布、压力分布及密封性能随时间的变化规律。结果表明:在假设条件下,内径处阻塞气压力恢复到正常值,流体膜能够恢复成纯气相流体膜;液相介质能增强流体动压效应,增大气相介质流动阻力,降低泵送量;气液两相掺混,改变了气液两相分布、压力分布、泵送量等密封性能,增大了流体膜恢复成纯气相的难度,且在液相介质进入螺旋槽状况下,流动过程中少量液相介质在内径处发生泄漏。     

基于分形理论的接触式机械密封端面泄漏模型

目前对于密封的大多数研究都基于密封端面形貌和摩擦条件不变的假设,且大多忽略了密封端面形貌对泄漏的影响,也并未从微观角度考虑端面形貌的影响.基于分形理论,将动、静环端面的接触简化为粗糙表面与理想刚性平面的接触,建立了机械密封的泄漏模型,并对各分形参数、端面比载荷和材料参数对泄漏率的影响进行了研究,得到了机械密封分形维数D和端面比载荷p_○g与其泄漏量Q成反比;而特征长度尺度参数G和综合弹性模量E与其泄漏量Q成正比.计算泄漏率与实验数据验证了模型的准确性.     

O形密封圈沟槽底角对密封性能的影响

基于三重非线性理论,运用ANSYS Workbench软件,研究O形密封圈沟槽底角对密封性能的影响。在沟槽底角a分别取80°、90°和100°的条件下,仿真分析了介质压力和摩擦系数变化时O形圈的Von Mises应力和接触压力分布情况,以此为O形圈密封性能的判定依据。结果表明,在一定的初始压缩率(ε=15%)和摩擦系数(f=0.1)条件下,沟槽底角不同时O形密封圈的最大Von Mises应力和最大接触压力都随着介质压力的升高而增大,其中a=80°和a=100°时的Von Mises应力变化基本相同,且始终大于a=90°时的对应值;与其他两种沟槽底角相比,a=100°时O形圈主密封面上的最大接触压力较大,密封性能更好;在一定介质压力下,沟槽底角不同时O形密封圈在3个密封面上的最大接触压力都随着摩擦系数的增大而先降后升,但始终大于介质压力,从而可以确保其密封性能良好。     

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。     

高压大流量水阀U形密封圈失效机理

以高压大流量水阀的U形橡胶密封圈为对象进行受力分析;选取Mooney-Rivlin模型表征橡胶材料,基于ANSYS/LS-DYNA软件实现阀杆往复密封结构的三维非线性接触动力学仿真,得到介质压力、阀杆运动速度和方向、表面摩擦因数以及阀杆径向受力等因素对密封圈应力状况的影响规律,确定U形橡胶密封圈失效的边界条件.实验结果表明:U形密封圈的沟槽、内唇口及底孔边缘是最大应力发生的主要部位,静态下密封圈最大应力比介质压力高8～10 MPa,阀杆正向运动时密封圈最大应力受摩擦因数的影响明显但处于安全范围,阀杆反向运动时密封圈最大应力主要受滑动速度影响,阀杆摆动时最大应力随径向力成近似正比增大.仿真结果与实际失效特征吻合.     

纹管直径变化对端面受力和变形的影响

基于ANSYS有限元分析软件,对金属螺纹管的参数进行模拟.结果表明:预压缩条件下,端面变形、预压缩和外压组合条件下,随着轴径的增加,端面呈现左低右高的趋势;随着轴径的增大,端面垂直方向的压力右端大于左端,轴径越大间隙越大;在常温和高温情况下,端面变形呈现左高右低的规律,接触对的最大应力出现在竖直接触面的下部和水平接触面的内部.     

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。     

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。     

锥形结构对锥孔组合型机械密封端面变形及密封性能的影响

考虑密封系统各组件间接触受力及封闭流体与端面间的力作用,提出锥/孔组合型动压机械密封,构建端面密封流/固耦合理论模型,并将相应的有限元软件与计算机语言编程相结合,通过迭代计算获得端面膜压场及其变形情况,探究端面锥度和锥面宽度比在低、高压工况下对密封性能的影响规律。结果表明：随锥度φ的增大,高压区缩小,低压区扩张,孔区内液体所形成的压力峰值越来越陡峭,使得静圆环端面上产生周期性波式变形和倾斜锥度变形,变形情况与膜压场的形状相类似;动圆环端面锥度变形比较明显,波式变形不明显,且随φ的增大,锥度变形也越来越大。无论是对于较低速、低压或是较高速、高压状态下的机械密封,当端面特征几何结构参数选取为锥度φ=0.8~1.6、锥面宽度比γ=0.8~1时,机械密封均可获得优良的综合性能。