基于EWT-KLD的机械密封金刚石涂层磨损声发射降噪

为了准确获得机械密封金刚石涂层在磨损过程的声发射信号,在分析机械密封设备的噪声特性基础上,提出了基于经验小波变换(EWT)和相对熵(KLD)的声发射降噪方法;通过对磨损声发射信号进行经验小波变换得到划分其频带的滤波器组,对磨损声发射信号和背景噪声发射信号用相同的滤波器组划分频带;计算相应频带2种信号的相对熵,用累计和算法在升序排列的相对熵中找到首个大于3σ的值作为阈值,保留相对熵值大于阈值的频带重构信号,完成降噪.研究结果表明:本文所提的EWT-KLD方法可以有效抑制不同工况、不同磨损状态的声发射信号的噪声,有效改善了磨损声发射信号的信噪比,尤其是微弱磨损信号的信噪比,提高了密封端面磨损声发射检测的精度和灵敏度;通过与传统降噪方法的对比发现,本文方法能够对不同工况下的密封磨损声发射信号降噪表现出更强的适应性和稳定性,对于及时检测早期密封磨损和准确监测磨损累积变化过程具有重要意义.

反应釜搅拌器集装式机械密封系统的改造与应用

以SAN装置为例,对装置的基本情况、制约装置长周期安全运行的设备问题,以及设备运行过程中存在的安全隐患展开分析,提出反应釜搅拌器集装式机械密封系统的具体改造方案,并分析装置改造效果,为相关技术人员提供参考。

动静环双抛物线型机械密封性能理论研究

针对自主式水下无人航行器(AUV)航程短、尾轴易泄漏等问题,以AUV尾轴传动系统中的机械密封为研究对象,建立了双抛物线型流体静压型机械端面密封(DPHS-MS)二维轴对称数学模型,并对模型进行了试验验证;兼顾流体黏度随压力和温度的变化,选用有限差分法对Reynolds方程、能量方程及其他控制方程组成的耦合数学模型进行了数值分析计算;在相同的几何与环境参数下,对DPHS-MS、传统锥形(锥角β)流体静压型机械端面密封(CHS-MS)、单抛物线型流体静压型机械端面密封(PHS-MS)的密封性能进行对比。结果表明,在同等开启力下,DPHS-MS泄漏量比CHS-MS,PHS-MS小,且DPHS-MS提高了AUV水下运行的航程及安全可靠性,同等工况下航程可提高1 km以上;得到了几何参数对DPHS-MS密封性能的影响规律,优化了几何参数设计值。研究结果可为提高AUV尾轴机械密封效果提供理论设计依据。

炼油企业液态烃泵机械密封的应用及可靠性分析

对某企业炼油装置机泵故障进行了统计,发现机械密封故障仍占机泵故障的50%以上。因此选取较为典型的液态烃泵用密封进行分析,通过故障统计分类,总结了液态烃泵用密封在选型、安装、维护和运行中的相关要求。对于液态烃泵通过提升机械密封部位的可靠性,提升泵的本质安全性,避免突发泄漏事故提出了应用建议。

酸泵机械密封失效原因分析及改造措施探究

酸泵是酸再生系统中的关键设备,装机量几十台左右,主要作用为工艺系统内部酸液循环及供给酸轧线再生酸。在实际生产处理使用过程中,由于操作不规范、机械密封组件磨损老化、维护保养不到位、安装精度不达标等原因,造成酸泵机械密封频繁泄漏,严重影响生产顺稳,增大了检修人员的劳动强度,增加了备件采购成本。结合酸再生现场酸泵实际使用情况,对酸泵机械密封泄漏原因进行了探讨与分析,为如何解决问题提供了思路和方法。

核主泵用机械密封摩擦学性能研究进展

核主泵是核电厂的核心元件,核主泵机械密封在其中起到防止介质泄漏的作用。当前,我国核主泵密封装置相关技术和产品受到国外垄断限制,核主泵摩擦副在运行状态下泄漏严重破坏核电系统的稳定运行和长周期服役,其摩擦学性能直接影响核主泵的运行性能。对于动压式核主泵机械密封,若没有处于完全液膜润滑状态,密封装置会出现异常磨损和泄漏率增大导致核主泵故障。针对核主泵摩擦副的液膜特性,从数学模型计算和软件仿真两方面分析。对温度场、速度场和应力场等进行分析,总结了密封环及副密封材料、端面热变形对摩擦学性能的影响,概述了端面形状的动压润滑机理及波度面、槽型结构和加工方法等因素对摩擦磨损的影响,为核主泵密封性能的提高和可靠运行提供理论基础。

双端面机械密封在双螺杆原油泵上的应用

基于原油库拆建工程项目,对双螺杆原油泵原采用的单端面金属波纹管机械密封改造为新型的带泵效环的背靠背双端面机械密封,并配套冷却循环辅助系统,经现场工业考核,背靠背双端面机械密封在双螺杆原油泵上得到良好应用。结果表明,新改造的双端面机械密封彻底解决了原密封存在的摩擦副磨损严重、泄漏量大、使用寿命短等问题,实现了工艺介质的零泄漏并确保设备长周期安全稳定运行。

泵用机械密封织构端面干摩擦磨损仿真及试验研究

为了减轻泵用机械密封端面在启停阶段和严重振动工况下的干摩擦磨损,对泵用机械密封织构端面进行了干摩擦磨损仿真及试验研究。首先,采用ANSYS软件建立了具有表面织构的动静环密封端面的瞬态有限元模型,基于Archard磨损理论,分析了不同织构分布间隔角度、边长和旋转角度下静环(石墨环)的磨损规律,得到了石墨环的磨损体积分布;然后,采用摩擦磨损试验机在干摩擦条件下对不同织构参数的密封环进行了磨损试验,得到了密封环磨损前后的表面形貌和石墨环的磨损质量;最后,对比分析了仿真和试验结果,讨论了不同织构参数对石墨环磨损质量的影响以及织构的减磨机理。研究结果表明:织构凹槽可以在容纳磨粒磨屑的同时生成石墨转移膜进而减轻磨损;减轻密封环端面磨损要求织构面积合适,足够容纳磨粒磨屑,同时不过分增大表面粗糙度;织构分布间隔角度每增大5°且边长每减小0.1 mm,石墨环的磨损质量平均减少约7.83%和7.35%。织构旋转角度每增大15°,石墨环的磨损质量平均增大约4.25%。所得研究结果可为泵用机械密封的表面织构设计提供较好的理论支撑,并提升泵用机械密封的耐磨性能。

压电陶瓷可控机械密封多场耦合模型与调控性能分析

提出一种基于压电陶瓷的可控机械密封结构,基于有限元软件分析施加电压和压电陶瓷数量对密封静环端面的变形规律;考虑密封动静环与润滑液膜间的热力耦合作用,建立可控机械密封的流固热耦合模型,研究施加电压和压电陶瓷数量对密封调控性能的影响。结果表明:施加电压的压电陶瓷使静环端面产生了径向锥度和周向波度变形,变形量随电压的增大而增加;静环端面变形在增大液膜承载力的同时减小了端面接触力;压电陶瓷数量的增多减小了周向波度变形,增大了径向锥度变形,使静环端面变形趋于周向均匀化;增大压电陶瓷电压可实现密封端面润滑状态的转变,使密封端面摩擦温升降低,使泄漏率控制在允许范围之内。

涡轮泵用不同槽型流体动压型机械密封运行特性对比研究

针对火箭发动机低温介质涡轮泵端面密封的泄漏突增问题,基于工程经验提出激光脸(槽深3、5μm)和螺旋槽3种槽型结构,并与原使用的雷列槽进行端面流场与密封性能对比分析,同时对4种槽型结构进行密封动态追随性比较分析。结果发现:低温介质下雷列槽端面密封流体动压较弱,影响端面开启的主要因素为流体介质静压力;在转速和压力增大的条件下雷列槽存在负动态刚度系数,角向的稳定性较差,存在泄漏风险;激光脸泄漏量较低且处于混合润滑状态,不会因密封端面脱开而引起密封动态不稳定;槽深5μm与槽深3μm激光脸相比有更大的开启力与较低的相变率,综合性能更优;螺旋槽结构动压效应较强,其开启力随转速和压力的线性变化都保障了密封环的追随性;螺旋槽结构具有较强变工况适应性,但泄漏量水平始终较高。

大流量、高扬程、超大轴径泥泵机械密封的研制及优化

“天鲲号”的投产使用,极大地提高了疏浚工程的施工效率,但目前“天鲲号”泥泵采用的L型橡胶密封在高排压下很快磨损失效引起泄漏停机,严重影响施工进度。针对这一问题,提出采用机械密封代替L型橡胶密封的方法。通过技术参数计算,对密封部位进行仿真,对机械密封进行设计、制造,并通过2次实船测试对机械密封的性能开展验证。研究结果为解决疏浚装备泥泵密封在大流量、高扬程、超大轴径及高压下寿命短的问题提供了一种新的方案。

扩压式自泵送流体动压机械密封综合性能研究

扩压式自泵送流体动压机械密封作为1种新的密封结构形式具有优异的密封性能和广泛的应用前景.分别设计出具有等截面型扩压环槽、发散型扩压环槽、收敛型扩压环槽和圆弧型扩压环槽4种扩压式自泵送流体动压机械密封,引入综合评价因子η,通过Fluent数值模拟分别对其综合密封性能进行了分析.基于最佳的扩压环槽结构,通过正交试验,对密封面结构参数进行优化.结果表明:等截面型扩压式自泵送流体动压机械密封综合密封性能最优;在试验参数范围内,螺旋槽数Ng和密封环外径rk对泄漏率均有影响,且螺旋槽数Ng影响最为显著.密封环外径rk和螺旋角α对开启力均有影响,其中密封环外径rk的影响更为显著,随密封环外径的增大,开启力迅速增大.依据正交试验分析结果,对密封面结构参数进行了优化,在其他边界条件均不变的情况下,新的因素水平组合得到的泄漏率最低为0.784361 ml/h,此时开启力大小为3.958962 kN.

核主泵机械密封可靠性Bayes分析的适应性

机械密封的可靠性对核主泵的安全稳定运行具有重要影响。为解决无失效数据情形下核主泵机械密封的可靠度评估问题,分析大亚湾核主泵机械密封的运行数据,确定其可靠度分布,建立结合Bayes理论的可靠性分析模型,利用Monte Carlo法从确定的可靠度分布中仿真出无失效数据,探讨无失效数据场合下,先验分布为Beta分布时,分组数c的取值对E-Bayes估计与多层Bayes估计精度的影响。研究表明:分组数c<8时,优先选择多层Bayes估计;c>8,优先选择E-Bayes估计,c=8时,2种方法的平均相对误差均达到较低水平且多层Bayes估计更低一些。研究成果对无失效数据场合下基于Bayes理论的核主泵机械密封可靠性分析具有指导意义。

基于Newmark-β法的非接触式机械密封轴向振动研究

振动对非接触式机械密封性能有着重要影响,如导致碰撞和泄漏。构建包括静环-液膜-动环-弹性元件的密封系统模型,探讨自由衰减振动、自激振动和地震极端振动3种激励下,密封系统静环、动环和弹性元件的位移以及密封系统泄漏和碰撞的情况。研究表明:在不受外界激励的情况下,在自由衰减振动下密封系统轴向稳定性和密封性能良好;密封系统在受到简谐振动激振力形式的自激振动干扰后,系统位移量明显增大,会显著影响密封性能;叠加一定地震烈度的随机平稳地震动影响下,弹性元件位移量大幅增加,密封失效。振动对非接触式机械密封性能的影响显著,应确保密封端面间液膜厚度稳定且足够小,以维持密封系统的长周期运转。

多相混输泵用超高压机械密封性能研究

针对超高压混输泵机械密封易磨损失效的问题,介绍了端面槽加工和涂层应用两种策略,用热流固耦合分析方法,分析了浅槽微接触式机械密封在实际应用中的温度分布和端面变形情况,阐述了表面涂层技术的应用,进行了一系列机械密封性能的试验研究。研究结果不仅证实了这些技术在提高机械密封寿命和可靠性方面的有效性,还证实了端面开槽和涂层技术在降低摩擦、改善耐磨性能方面的显著效果。为超高压混输泵机械密封系统的设计和优化提供了重要的理论依据及实践指导。

扩压式自泵送流体动静压型机械密封自清洁特性研究

传统的流体楔入式机械密封需增设外部流体阻塞系统来降低杂质颗粒对密封性能影响。针对一种具有自清洁特性的新型扩压式自泵送机械密封,采用FLUENT中的DPM模型研究不同离散相参数、螺旋槽结构参数和工况参数对颗粒在动压槽内的运动规律和排出特性的影响。研究结果表明:含固工况下的端面液膜开启力和泄漏量较纯流体状态下更大,泄漏量最大增加6.1%;在低颗粒体积分数下,排屑率逐渐上升,在体积分数7%时达到最大,随后排屑率快速降低;随着颗粒直径增加,排屑率整体呈下降趋势,且颗粒直径越大,排屑率下降得越快;螺旋槽结构参数主要改变了螺旋槽内压力梯度分布幅值和分布范围,在低转速下,颗粒受压差梯度力影响更加显著;高转速和低介质压力工况能够显著提高端面排屑效率,排屑率最高能达到92.3%。

空化效应对斜线槽机械密封性能的影响

润滑膜的空化效应对流体动压型机械密封的密封性能影响显著。以煤油基磁流体润滑斜线槽上游泵送机械密封为研究对象,考虑空化热效应以及黏温效应,建立润滑液膜特性的数值分析模型,以液膜中的气相体积分数为指标,研究工况和结构参数对密封性能的影响规律,并与仅考虑黏温效应的模型进行对比。结果表明:因空化热模型考虑液膜介质饱和蒸汽压力随温度变化,考虑空化热效应时的开启力、泄漏率和气相体积分数均小于仅考虑黏温效应下的对应值,但2种条件下各参数的变化趋势基本一致;转速和槽径比增大,空化效应增强,而进口压力、膜厚、径向夹角和槽数的增大会削弱空化效应;转速、槽深、径向夹角、槽径比增加,会导致泄漏率增加,而进口压力和槽数的增加能够提升密封性能。

基于人工蜂鸟算法与三参数威布尔分布的机械密封可靠性评估

为了对机械密封件进行快速准确的可靠性评估,采用三参数威布尔(Weibull)分布对机械密封故障数据进行建模,将机械密封可靠性评估问题转化为约束优化问题,提出基于人工蜂鸟算法(Artificial Hummingbird Algorithm,AHA)的可靠性评估方法,并通过数值模拟和实例分析比较了极大似然估计(Maximum Likelihood Estimation,MLE)法、改进哈里斯鹰优化(Improved Harris Hawks Optimization,IHHO)算法和AHA在求解Weibull分布参数估计问题中的计算精度及运行效率。结果表明,基于AHA进行参数估计具有收敛速度快和计算精度高的优点,较MLE和IHHO算法寻优时间缩短且精度提高,从而为机械密封的可靠性评估提供了一种新的高效方法。

高速深螺旋槽机械密封端面环形槽降温传热机理分析

间隙内流体黏性生热量大、端面温升高是机械密封在高速工况下存在的关键共性问题之一,密封端面型槽将对跨尺度间隙内流体传热产生重要的影响。既有研究发现,静环内径侧开设环形槽可有效减小密封端面温升,为深入研究其传热过程及降温作用机理,应用ANSYS Fluent软件建立了深环形槽–深螺旋槽复合式端面构型(ASG)与经典深螺旋槽端面构型(SG)的热流体动力润滑(THD)模型,并在湍流计算模型下对比分析环形槽的传热过程,揭示其降温作用机理,讨论其几何参数对机械密封性能及降温效果的影响规律。结果表明:密封端面内径侧环形槽区因液膜较厚、流体剪切作用较小,润滑流体黏性产热量显著减小,从而有效降低了润滑液膜及密封端面温度;且环形槽槽深、槽宽的适当增加可强化其降温作用,最高达15 K,即温升下降约33%。此外,环形槽的降温作用导致流体黏度损失减小,故深环形槽–深螺旋槽复合式端面构型的密封承载性能与摩擦学性能相比经典深螺旋槽端面构型均有所提升。环形槽使密封环内径侧径向压力梯度增大,密封泄漏率有所增加,单位时间内泄漏流体带走了更多的黏性热量,加之环形槽的开设增加了内径侧高温流体与静环的对流换热面积,均有助于降温。上述结构及环形槽可有效降低润滑液膜与密封端面温升,增加液膜汽化裕度,对机械密封的高速化具有显著的工程意义。

基于CNN-VIT模型的非接触式机械密封多源故障状态识别方法

针对非接触式机械密封多源故障信号频率高、识别难和易受干扰的难题,搭建密封试验台,模拟4种典型故障工况和正常运行工况,布置声发射(AE)测试系统测取10000个特征样本,将卷积神经网络(CNN)结构与Vision Transformer模型相结合,并在CNN输出数据中引入Patch概念构建了一种改进模型,随后应用于密封故障状态识别,提出了一种新型的非接触式机械密封状态智能识别方法,并分析了改进模型各层网络决策对密封AE数据的影响。结果表明,AE技术能够高效监测非接触式机械密封多源故障状态信号,该方法对密封状态识别的准确率最高可达99.42%;改进模型更加关注稳定运行状态信号中频率为0~50 kHz和100~150 kHz的噪声频带数据,动环表面剥落状态信号中频率为100~150 kHz的噪声频带数据和270±40 kHz的摩擦AE频带数据。研究结果可为机械密封的智能化、高可靠、长寿命发展提供理论基础。