基于PTFE矩形密封圈的高压容器密封结构设计

PTFE矩形密封圈具有耐化学性能好、截面稳定性高等优点,可以有效解决腐蚀性介质的密封问题。但在实际使用中,PTFE矩形密封圈及其适配沟槽的尺寸设计缺乏参考依据。针对上述问题,根据高压容器端面密封结构的形状与受力特征,在Ansys Workbench中建立PTFE矩形密封圈的二维轴对称模型,采用双线性等向强化模型表征PTFE的力学性能,对基于PTFE矩形密封圈的高压容器端面密封结构进行分析和设计,讨论压缩率、PTFE矩形密封圈几何参数和沟槽结构参数对高压容器端面密封性能的影响。结果表明,压缩率、矩形圈的高度和宽度以及矩形圈与沟槽侧壁的间隙对密封性能的影响较大,而内径对密封性能的影响较小,因而设计时应优先考虑沟槽深度、矩形圈的截面尺寸以及与沟槽的装配位置等参数。确定PTFE矩形密封圈及适配沟槽的尺寸后,采用有限元仿真手段验证了设计的密封结构在常温30 MPa高压下的密封性能,证实了设计的合理性。

油罐车自主加注臂密封圈响应面优化及分析

为了提高油罐车自主加注臂前端快接装置的密封性能,设计了一种内胀式橡胶密封圈,并结合响应面法和有限元法对密封圈进行了优化和分析。首先,基于有限元软件ANSYS Workbench对密封圈进行建模和仿真,研究了密封圈的倒圆半径、厚度和压缩量对密封圈性能的影响;然后,将密封圈与管壁的接触面积、接触压力和所受等效应力作为优化目标,利用Design⁃Expert软件建立了密封结构的优化模型,并通过多目标优化获得最优设计方案;最后,进行了密封圈优化前后的性能对比和分析。数值测试表明,在最大3 MPa介质压力下,优化后密封圈的接触压力提升了1.3 MPa,有效接触面积更大,且接触带更加集中,有利于实现快接装置和油罐车加注口的有效密封,同时等效应力降低了4.3%,有助于延长密封圈的使用寿命。

深水采油树Spring-Seal密封圈接触模型构建与实验测试

为提高深水采油树在高压、高温、低温等工况下长时间工作的稳定性,对采油树密封圈进行重新设计,提出Spring-Seal密封圈(以下简称S密封圈);基于赫兹接触理论、填料密封接触理论,重新构建S密封圈接触力学模型;建立有限元仿真分析模型,分析不同条件下S密封圈的密封性能,同时验证新建接触模型的合理性;利用实验测试S密封圈的实际密封效果。研究结果表明:S密封圈在高压、高温、低温等工况下能够长时间稳定工作且密封性能良好。研究结果可为S密封圈的接触研究及工程运用提供理论参考。

液压控制阀密封圈顺序强脱注塑模具设计

对液压控制阀密封圈塑件进行了结构工艺性及成型工艺性分析,该产品为环状结构,内部有环状U型凹槽,无法实现内抽芯,针对塑件无法实现内抽芯的难题,创新设计了具有顺序顶出脱模机构,该机构的核心部件嵌在型芯固定板和成型套管固定板之间,借助推杆的动力完成顺序强制脱模,设计巧妙、机构紧凑,具有创新性。根据塑件的外观及尺寸精度要求、对浇口位置进行分析,确定采用潜伏式浇口,设计的顺序顶出脱模注塑模具包括:分型面设计、杯冷式的单循环浇注系统设计、成型零件设计等;设计了液压控制阀密封圈潜伏式浇口顺序脱模机构注塑模具装配图及成型零件图;详细介绍了顺序脱模机构的工作过程及模具工作原理。实践证明,模具结构具有创新性,对回转体强制脱模类的模具设计提供参考。

基于有限元分析的液压缸密封圈磨损分析

液压缸密封圈磨损原因较多,难以通过肉眼直观观察,很难找到直接原因,提出基于有限元的液压缸密封圈磨损量分析方法。基于液压缸密封圈几何模型、材料模型和物理模型,分析了橡胶密封圈在应力和应变上的非线性,通过定义应变密度函数,构建了液压缸密封圈的有限元模型。根据液压缸活塞的密封结构,分析了液压缸活塞的运动特点,利用Archard模型描述密封圈的外观特征变化,通过计算密封圈接触面上任意一点的磨损深度,分析液压缸密封圈的磨损量。试验结果表明,所研究方法可以对液压缸密封圈的裂纹深度与裂纹扩展角度进行有效分析,两项指标的试验分析与实测结果基本一致,裂纹深度的试验分析误差最大值仅为0.002 mm。方法有助于提高液压缸设计的密封可靠性。

纽扣与密封圈封口板组立机控制系统设计

以扣式锂锰电池为研究对象,搭建了纽扣与密封圈封口板组立机控制系统硬件平台,并对纽扣及密封圈整个控制系统进行联机调试,为了提高产品合格率,在生产线中用工业相机检测密封圈涂密封胶均匀性,在产线效率上每件生产的时间0.9s/pac,相比于以往流水线3.2s/pac,提高了近3.6倍,本设计生产线可应对多种型号的纽扣密封圈,整体设备不仅提高生产效率,降低了产品损坏率,而且减少劳动强度,保证产品质量。新能源的利用都离不开储能,所以新能源产业的快速发展,将为锂电池在储能电池领域的应用,提供前所未有的机遇。

GIS密封圈老化诊断与寿命预测方法研究现状

作为气体绝缘输变电设备技术领域中的重要部分,现有的气体绝缘金属封闭开关设备(gas-insulated metalenclosed switchgear,GIS)密封圈老化诊断和寿命预测方法已不能满足当代电力工业关键零件可靠性的需求,新形势下也迫切需要以新的框架来回顾该领域的研究现状,启发新的研究思路。该文首先分析GIS密封圈压缩老化因子、热老化因子和化学老化因子的水平、分布及作用。在此基础上,回顾GIS密封圈加速老化试验从试样的热空气老化,逐步发展到充入SF6气体的完整O形圈老化等多因子老化试验的过程。然后,综述GIS密封圈机械性能表征、理化特征及气体泄漏特征3个主要方面,特别指出在大气/绝缘气体异相介质作用下GIS密封圈具有明显的非均相老化特征。最后,回溯硫化橡胶密封圈寿命预测方法在数学模型和失效判据两方面的研究成果。该文可为学术和工程研究提供一定基础性参考。

微小型航天密封圈表面缺陷检测

微小型航天密封圈表面缺陷面积占比小,目前的检测方法检测效率低、结果不稳定,检测速度和检测精度仍有提升空间。针对上述问题,提出两种基于深度学习的密封圈表面缺陷检测算法。在MobileNetv2的反向残差模块中加入多头注意力机制,构建出轻量级主干网络Efficient Model;使用Next Hybrid策略,融合工业级Transformer网络中的多个注意力机制模块,构建出Next Generation Vision Transformer主干网络。在上述两种主干网络中分别加入特征提取网络,设计出Efficient-FPN Model和Transformer-FPN Model检测算法。实验结果表明,Efficient-FPN Model和Transformer-FPN Model检测算法的平均准确率均高于YOLOv5s、YOLOv5x以及YOLOv5z,其中,Transformer-FPN Model模型的平均准确率最高,达到91.4%。Efficient-FPN Model的检测速度在五种模型中最快,达到110.8 frame/s,其平均准确率达到86.1%,也高于其他YOLOv5算法,是综合性能最优的检测模型。将这两种算法部署于自主研制的航天密封圈智能测量与测检设备,实现了快速、准确检测全向曲面柔性零件的目的。

基于伺服液压缸X形密封圈的数值模拟

针对伺服液压系统中的执行元件伺服液压缸活塞中的X形密封圈,采用有限元分析软件ANSYS建立其二维轴对称有限元模型,研究X形密封圈在沟槽圆弧半径、流体压力、初始压缩率不同参数的条件下,对Von Mises应力、主接触面最大接触压力大小的影响。结果表明:内行程时沟槽圆弧半径为2.6 mm时密封性能最佳,外行程时沟槽圆弧半径为2.2 mm时密封性能最佳;X形密封圈在流体压力为10~20 MPa的范围内密封性能逐渐变差;初始压缩率为5%~15%时密封性能逐渐变好。

考虑多失效形式的电子制动助力器主密封圈多目标优化设计

针对电子制动助力器制动主缸主密封圈容易发生泄漏、啃噬和磨损等失效问题,进行主密封圈参数的多目标优化设计。通过台架试验分析密封圈主要失效形式,并结合用户制动工况数据进行典型工况下的仿真分析,从而确定优化目标。以主密封圈左下处角度、顶点距离、橡胶硬度和摩擦因数为变量进行正交试验设计,并利用Abaqus软件建立力学模型,得到挤入量、最大接触应力和磨损量的拟合方程。最后以密封性、抵抗啃噬和磨损为优化目标,采用多目标遗传算法,结合用户制动工况数据对密封圈材料参数、摩擦因数以及关键尺寸等进行了优化设计。仿真计算表明:优化设计后主密封圈在保证密封性的前提下,抵抗啃噬和磨损性能得到了一定改善。

弹簧蓄能密封圈中蓄能弹簧的有限元计算及等效建模研究

弹簧蓄能密封圈是一种性能优良的密封装置,其中的蓄能弹簧可以为密封圈提供初始密封压力,起到辅助密封的作用。但目前对弹簧蓄能密封圈的研究多是在有限元软件中建立二维轴对称模型进行仿真实验,对蓄能弹簧的力学特性和建模计算方法的认识尚有不足。为实现不同结构的弹簧蓄能密封圈的参数化仿真设计,推导环形蓄能弹簧的空间曲线参数方程,建立双层螺旋蓄能弹簧的三维有限元模型,并仿真分析其力学特性。定义蓄能弹簧的内侧刚度和外侧刚度,研究弹簧不同结构参数对其刚度的影响。结果表明,弹簧的厚度和弹簧截面外径对刚度的影响较大,而弹簧中径和匝数对刚度影响可忽略不计。提出轴对称等效模型的建立原则,建立轴对称等效模型的经验公式,为弹簧蓄能密封圈的参数化仿真设计提供了参考。

基于响应曲面法的轴承密封圈增效设计

为解决轴承密封圈漏脂失效问题,文中建立了密封圈的热-结构耦合有限元模型,分析了高速脂润滑深沟球轴承密封圈的油侧唇角、油侧唇厚、油侧唇圆角半径和过盈量对密封圈密封性能的影响。通过拉丁超立方采样法采样,结合最小二乘法构建系统最大接触压力和最大等效应力的响应曲面,采用多目标遗传算法对密封圈进行增效设计,并加以试验验证。结果表明:在研究的参数范围内,密封圈最大接触压力随油侧唇角的增大先增大后减小,当油侧唇角取值在55°附近时取得最大值,随着油侧唇厚、过盈量的增大而增大,随着油侧唇圆角半径的增大而减小。优化后,密封圈最大接触压力的仿真结果偏离目标+3.98%,满足设计要求;密封圈增效设计后未发生明显漏脂。研究结果为轴承密封圈的增效设计提供了技术支持。

电气设备橡胶密封圈失效分析

对变压器和电气绝缘开关设备(GIS)橡胶密封圈失效进行分析。结果表明:故障变压器故障相橡胶密封圈侧面存在长度为1 mm的2条裂纹,且橡胶密封圈的邵尔A型硬度提高和回弹值减小,橡胶密封圈出现老化失效现象;故障GIS开裂橡胶密封圈的裂纹起始处的Zn元素质量分数高于断面台阶处,即橡胶密封材料的填料分散不均匀,导致橡胶密封圈的物理性能降低,橡胶密封圈出现开裂失效现象。

基于加速老化试验的海工装备O形密封圈寿命预测

针对海工装备O形密封圈实际工作中海水的酸碱性和海洋特殊环境,开展O形密封圈老化加速寿命试验。基于橡胶老化经验公式与阿仑尼乌斯加速模型,设计模拟海洋环境的老化加速寿命试验台,在湿度80%、盐度35%(质量分数)、pH值8.22的环境下,开展35、50与65℃下的老化加速试验;建立丁腈橡胶密封圈老化动力学模型,分析不同温度下压缩永久变形率随时间的变化规律,以及温度与老化时间以及压缩永久变形率之间的函数关系,预测海工装备中O形密封圈使用寿命。结果表明:密封圈在相同介质中不同温度下老化时,使用寿命随着温度升高而减少的速度并无明显变化。采用建立的密封圈老化动力学模型,推测出在25~30℃海水环境下密封圈使用寿命在1~1.5年之间,与实际使用寿命基本吻合。

牙轮钻头密封试验技术研究及密封圈性能评价

牙轮钻头在深井钻进时会受到高温、高压、摩擦以及腐蚀等多个因素的共同作用,直接影响密封圈的使用寿命,进而影响钻头寿命。为此,进行了牙轮钻头密封试验技术研究。首先,设计了牙轮钻头密封试验机,设计了试验机各功能模块;其次,对O形橡胶密封圈和径向对称扁平橡胶密封圈在多因素影响下的密封性能进行了有限元分析,同时结合接触应力评判准则和von Mises准则对密封圈性能进行了评价和对比;最后,进行了密封圈在多因素作用下的寿命测试实验,并将实验结果与仿真结果进行了对比。实验结果验证了试验机进行牙轮钻头密封试验的可行性及可靠性。所设计的牙轮钻头密封试验机能预测牙轮钻头密封圈的使用寿命,具有广阔的工程应用前景。

高压氢气下橡胶密封圈的密封性能研究进展

综述高压氢气下橡胶密封圈的密封性能研究进展,重点介绍氢气在橡胶中的渗透性能和高压氢气下橡胶密封圈密封失效的影响因素以及高压氢气下橡胶密封圈的密封性能分析方法。氢气在橡胶中的渗透性能影响因素为填料种类、氢气压力、橡胶种类,高压氢气下橡胶密封圈密封失效的影响因素主要为泄爆效应和体积膨胀,高压氢气下橡胶密封圈的密封性能分析方法主要包括原位可视化分析和有限元分析。高压氢气密封用橡胶密封圈未来的研究方向是扩展填料和橡胶种类,开发系统性研究和测试设备。

基于改进YOLOv7-tiny的橡胶密封圈缺陷检测方法

针对橡胶密封圈表面缺陷传统检测效率低下的问题,提出一种改进YOLOv7-tiny的橡胶密封圈表面缺陷检测算法。在主干特征提取网络中引入PConv优化ELAN结构,增强算法特征提取能力,并减少参数量;在特征融合网络中引入全局注意力机制(GAM),利用每一对三维通道、空间宽度和空间高度之间的注意力权重,在3个维度上捕捉重要特征来提高效率,增强算法特征融合能力;使用WIoU损失函数优化原边界框损失函数,通过符合情况的梯度增益分配策略,增强算法对检测目标的定位能力;增加P2小目标检测层,加强深层与浅层特征信息的融合,增强算法对小目标缺陷的检测能力。在O-Rings数据集进行实验对比,改进后的算法与YOLOv7-tiny算法比较,mAP提升了7.8%,达到了90.9%的检测精度,能够满足实际工业生产需求。

某型飞机舱盖关键元件O形密封圈气密性分析

对某飞机舱盖作动筒异常弹出进行分析,原因是油液中的气体导致油液体积弹性模量变小,可压缩性增强,易发生弹出现象。基于IFAS模型得到含气量与油液体积弹性模量的关系。座舱盖液压操纵系统密封区域均采用O形密封圈进行密封,但由于关键元件粗糙表面特征的存在构成气体泄漏通道,导致座舱盖液压操纵系统中混入气体。因此提出了一种基于Roth模型的泄漏率计算方法,将O形密封圈与金属粗糙表面之间的接触关系,看作弹性金属光滑表面和刚性金属粗糙表面之间的接触关系,对金属粗糙度表面轮廓三角峰均一化排列,从而将泄漏路径定义为梯形通道。基于有限元软件ABAQUS计算密封圈的密封性能系数,分析了表面粗糙度及偏载情况对气体泄漏率的影响;最后通过ANSYS仿真分析与理论结果进行对比。该工作对高精密的密封结构加工设计有着重要指导意义。

CO_(2)-EOR井中低温对封隔器及密封圈性能影响

“双碳”背景下,碳捕集、利用与封存(carbon capture, utilization and storage, CCUS)技术将发挥关键作用,其中针对CO_(2)-EOR井中低温对封隔器及密封圈老化问题,首先建立CO_(2)在注入井中温度分布理论模型;然后通过有限元方法建立密封圈数值模拟模型,开展不同温度下橡胶密封圈的等效应力、接触压力和真实应变的研究,并分析低温对密封圈力学性能影响和低温老化的原因。结果表明:CO_(2)注入井中封隔器密封工作温度在其玻璃化转变温度T_g以上,正常工作不会产生低温老化;低温对注入管阀门密封圈的力学性能影响显著,较常温环境下的Mises应力和接触压力上升3~4倍。当环境温度低于T_(g)后,密封圈将会从高弹态转变为玻璃态,其硬度增加、弹性降低,老化程度逐渐加深,导致密封圈接触压力小于介质压力而失效。

釜用唇形密封圈密封性能与开启特性研究

通过建立唇形密封圈数值分析模型,探究开启式唇形密封静态密封性能和动态开启特性,并通过试验进行验证。结果表明:介质压力对反向开启压力的影响最明显,介质压力每升高0.01 MPa,反向开启压力随之升高0.01 MPa;结构参数对反向开启压力的影响不明显,改变唇口的结构参数可以提高静态接触时的密封性能。通过试验模拟密封实际工况,准确测量出唇口反向开启压力,试验值与计算值平均误差约为10%。