柔性石墨金属复合结构密封垫片研究进展

新型碳材料中,柔性石墨因其高耐候、抗辐射、低膨胀和良好的自润滑性而得到广泛应用,被誉为“当代密封之王”。但由于柔性石墨的多孔性、吸油性、低强度等缺点导致服役中易出现压溃、散架状况,严重制约了该材料的应用推广。柔性石墨复合材料兼具石墨和金属两者的优异性能,能够形成多道密封,逐渐成为石油、化工、汽车、核电等领域极端工况下密封材料的首选材料。文章分析了复合垫片的结构形式以及构成情况,并对石墨密封件在石化、核电等领域的应用前景和发展趋势进行了展望。

某两驱纯电乘用车差速器异响故障机理分析和解决

在国家“碳达峰、碳中和”大背景下,纯电动汽车是未来汽车发展趋势,差速器是汽车转向系统的重要零件,其NVH性能好坏直接影响整车驾驶品质.文中基于解决工程上遇到的整车双扭线呜呜异响问题,通过对整车左、右半轴支架和电驱动差速器轴承壳体附件位置布置传感器,测量其振动和噪音信号并分析时域特征和音频数据,结合主观驾评结果,电驱动的差速器振动加速度出现瞬时冲击特征明显,差速器轴承壳体振动冲击幅值最大,同时结合电驱动总成台架故障复现测试,最终锁定电驱动差速器总成是造成整车双扭线呜呜异响的主要原因,制定优化策略并完成台架及整车验证,成功解决了问题.

CRH2型动车组用干燥装置后冷却器密封垫优化改进

目前CRH2型动车组用干燥装置后冷却器使用华尔卡6501无石棉密封垫进行密封,该密封垫为高级修必换件,早期CRH2型动车组高级修里程为90万km,2011年检修修程延长至120万km,随着检修修程延长,因密封垫性能下降,在接近高级修里程时(100万至120万km)批量出现泄漏故障。通过故障分析,该密封垫随着使用时间增加,在接近高级修时,耐温性能、安装面压等方面出现无法满足使用要求现象,结合轨道交通及其他行业经验,优化密封垫材质及结构,将无石棉垫更改为金属覆胶密封垫,提高了密封面压及耐温性,避免长期使用后因密封垫老化导致的泄漏问题。优化后的密封垫通过地面试验验证及小批量装车验证,效果良好,可以彻底解决CRH2型平台动车组用干燥装置后冷却器密封垫泄漏问题。

石墨复层齿形金属组合垫片的低温泄漏率预测

研究低温下垫片压缩回弹性能对密封性能的影响,分析垫片压缩变形量与泄漏率之间的关系。对石墨齿垫进行低温(-30、-80、-130℃)下的压缩回弹性能试验分析和模拟仿真计算,模拟所得垫片压缩变形量与试验所相比较小,误差在5%以内。以试验和模拟数据为基础,建立基于垫片压缩变形量的泄漏率预测模型并对二者进行比较分析。结果表明,当垫片应力和介质压力相同时,随着温度的降低,法兰连接系统的泄漏率逐渐增大,在高介质压力下垫片的密封性能变差;相比于试验得到的泄漏率,模拟计算值较大,两者误差在20%以内。

金属石墨缠绕垫片蠕变对法兰接头密封性能的影响

法兰接头在高温环境中工作时,接头各个部件的蠕变松弛会加剧,然而在法兰接头的研究中,大多没有考虑垫片的蠕变松弛。以金属石墨缠绕垫片为例,在不同温度及不同初始密封比压情况下进行蠕变松弛性能试验;将试验结果进行拟合得到垫片蠕变松弛性能计算公式,将其代入法兰接头变形协调方程中,计算得到接头蠕变2年的螺栓力随时间的变化情况。使用ANSYS软件建立法兰接头有限元模型,并计算不同部件蠕变2年所造成的螺栓力的松弛情况。理论计算结果与有限元计算结果相近,表明建立的理论模型可用于接头螺栓力松弛的评估。研究结果表明:初始密封比压相同时,温度越大则垫片的蠕变量越大,温度相同时,初始密封比压越大则垫片的蠕变量越大;垫片蠕变对法兰接头有显著影响,在一些情况下仅垫片蠕变就能使螺栓力下降40%,因此垫片蠕变对法兰接头的影响不能忽略。

乏燃料干法贮存容器金属密封结构研制

金属材料的乏燃料干法贮存容器一般具有运输和贮存乏燃料组件的双重功能。如何防止容器内腔放射性物品泄漏,维持内腔惰性气体环境,保证长期贮存期间的安全性,是干法贮存容器设计的关键技术。本文提出了干法贮存容器金属密封结构设计要求,设计了容器金属密封结构,采用双层容器盖及多道密封件进行冗余密封,并对内盖和筒体上的操作工艺贯穿孔进行了分析和设计。为满足高温、长期贮存等需要,在外盖、内盖和工艺贯穿孔盖上选用C型金属密封件。对密封件进行了各项性能试验验证,设计并制造了全比例的容器密封结构样机进行试验验证。试验结果表明容器的密封结构完全满足操作功能要求和安全要求,并验证了密封结构制造工艺的可实施性。

表面粗糙度对金属平垫泄漏率的影响

为探究金属垫片表面形貌对泄漏率的影响,通过三维形貌仪对不同表面粗糙度的Cu、Al和316L金属垫片进行局部扫描,构建出真实法兰垫片的微观接触模型。在此基础上,进行静力学和计算流体力学分析,通过对流体域设置不同的边界条件,考察不同介质压力下,表面粗糙度和接触压力对泄漏率的影响。仿真结果表明:3种材质的垫片均呈现表面粗糙度越大,则泄漏率越大的趋势;其中,Al垫片的泄漏率对表面粗糙度最为敏感,316L垫片的泄漏率受表面粗糙度的影响最小;当表面粗糙度一定时,施加的接触压力越大,泄漏率越低,但当接触压力达到一定值后,增大接触压力对降低泄漏率的影响将越来越小。

某金属压波垫片密封失效机理仿真研究

在面对金属压波垫片密封失效故障时,往往以面压不足作为分析问题的切入点,然而从该角度出发分析本文所述故障时,却无法解释故障现象进而解决故障。通过仿真研究发现,金属压波垫片与连接件之间的反复滑移错动导致金属垫片压波结构磨损,是本文所述金属压波垫片的密封失效机理。基于上述密封失效机理,可以良好的解释故障现象,并提出了相应的改进方向,最终成功解决了故障。

金属垫片密封机制研究

对金属垫片的泄漏形式和微观密封过程进行分析研究,并对金属垫片密封性能进行试验研究。研究表明:金属垫片密封泄漏形式主要是界面泄漏,而渗透泄漏通常可忽略不计;密封表面的表面形貌、压紧应力以及介质压力是金属垫片界面泄漏的主要影响因素,但密封表面的表面形貌对金属垫片密封效果影响比压紧应力和介质压力要显著得多。

密封结构中粗糙表面特征对其气密性的影响

基于Gauss分布函数和指数自相关函数关系建立三维粗糙表面的数学模型,获得密封面的数值粗糙表面。进而在三维数值粗糙表面的基础上,采用流动数值分析方法,对金属垫片密封结构的气密性进行了研究,分析表面粗糙度、应力以及材料力学特性等相关参数对泄露率的影响。为构建泄漏率表达式,引入流量因子表征现有模型泄漏率与平行圆板模型的差异,流量因子是膜厚比的函数。该工作实现了静接触密封结构泄漏特性定量评估的数值分析方法,对各种硬密封结构的高精度设计有着重要指导意义。

柔性石墨金属波齿复合垫片金属骨架结构及其力学性能研究

从柔性石墨金属波齿复合垫片金属骨架结构入手,在一定的压紧应力(45.0 MPa)下,对厚度为3 mm和2mm、具有3种不同的圆弧半径、波齿距和齿数的金属骨架采用有限元法进行应力分析,得到了应力分布状态及弹性变形与其结构的关系,可用于优化柔性石墨金属波齿复合垫片的性能结构。分析结果表明:小圆弧直径多齿数波齿垫片具有更好的承载能力,大圆弧直径少齿数波齿垫片具有良好压缩性能。

基于Ansys的外弯矩作用下非金属垫片应力场研究

影响螺栓-法兰-垫片连接系统密封性能的因素有很多,其中非金属垫片应力的大小和分布趋势是很重要的因素。对于非金属垫片,由于理论分析的复杂性和试验分析的局限性,不能较真实地反映外弯矩作用下密封垫片应力的分布及变化。本文利用有限元分析软件Ansys,建立了螺栓-法兰-垫片连接系统的有限元模型,分析了外弯矩作用下垫片应力的分布,并将有限元分析结果与PVRC的实验结果做了比较,结果表明:在外弯矩较小的情况下,有限元分析结果与实验结果较吻合。

金属垫片密封表面形貌的分形表征

Based on the fractal geometry theory,the fractal characterization of metallic gasket seal surface topography was studied.The profiles of metallic gasket seal surface under various compressive stresses were measured by using the stylus profilometer.The fractal dimension,scale coefficient and characteristic length scale of surface profiles were calculated by the structure function method.The influence of the compressive stress on the fractal parameters was also analyzed.The fractal parameters to characterize metallic gasket seal surface topography under various compressive stresses were investigated.It was found that the metallic gasket seal surface is fractal,and fractal dimension and scale coefficient could be used to characterize metallic gasket seal surface topography under various compressive stresses.The formulae that described the relationship between fractal parameters and compressive stress of the different samples were obtained by the regression analysis of the test results.These formulae can be used in the evaluation of the sealing behavior of metallic gaskets.

金属垫片泄漏模型理论研究

依据分形几何理论,结合不可压缩粘性流体层流流动理论,建立基于分形参数的金属垫片泄漏模型,该模型揭示了泄漏率与密封表面形貌之间的关系。研究表明,密封表面分形维数D越大,螺栓-法兰-金属垫片密封系统越不易发生泄漏,这对于法兰和金属垫片密封表面的加工具有重要指导意义。

金属垫片密封研究进展

介绍了金属平垫、椭圆垫、八角垫、“O”形环、双锥环、透镜垫等金属垫片密封的国内外研究进展,提出了金属垫片密封机理和泄漏模型研究以及垫片密封比压的确定是值得重视的研究课题。

金属垫片密封连接的泄漏率计算

金属垫片密封是压力容器和管道中常见的连接型式,其失效极少是因强度不足引起的,泄漏是连接系统失效的主要原因。在金属垫片泄漏模型基础上,考虑垫片接触应力分布不均匀对泄漏通道的影响,推导了变截面泄漏通道的泄漏率计算公式,此公式将泄漏率、垫片接触应力、介质压力和密封表面分形参数联系在一起,因而使以最大允许泄漏率为准则的金属垫片密封连接设计以及紧密性评价成为可能。

金属垫片密封泄漏模型试验研究

建立了气体通过金属垫片的泄漏模型。对常温下金属平垫片密封性能进行了试验研究,研究了压紧应力、介质压力和表面形貌对密封性能的影响。试验表明,泄漏率随分形维数、压紧应力和尺度系数的变化规律与理论模型的描述基本一致,泄漏率的理论计算值与试验结果吻合较好,表明建立的金属垫片泄漏模型是合理的。建立的泄漏率计算公式将泄漏率、压紧应力、介质压力和密封表面分形参数联系在一起,因而使以最大允许泄漏率为准则的金属垫片密封连接设计以及紧密性评价成为可能。

金属垫片接触应力分布的数值模拟

利用ANSYS对不同螺栓载荷下的垫片接触应力分布进行了数值模拟。结果表明,垫片接触应力径向分布是非常不均匀的,垫片外侧接触应力比其内侧大得多。垫片接触应力径向分布除受螺栓载荷和介质压力影响外,还与法兰刚度和垫片几何尺寸有关。

金属垫片有效密封宽度有限元分析

利用有限元软件ANSYS对不同螺栓载荷下的垫片接触应力分布进行了数值模拟。在此基础上,结合垫片系数m及内压,计算得到垫片有效密封宽度。结果表明,垫片有效密封宽度除受法兰密封面形状和垫片基本宽度影响外,还与法兰刚度和垫片几何尺寸有关;垫片有效密封宽度有限元计算值比GB150-1998规范计算值小。这为螺栓法兰金属垫片的设计与安全评价提供了参考。

螺栓法兰金属垫片连接结构的紧密性分析方法

现行金属垫片的设计以垫片系数或线密封比压为依据,主要针对法兰强度问题,而没有定量泄漏和紧密性的概念,因此无法从理论上说明连接是否紧密。在金属垫片变截面泄漏通道的泄漏率计算公式、接触应力分布的解析算法以及连接结构变形协调分析的基础上,建立连接系统的紧密性分析方法。实例分析表明:通过增加垫片应力(即提高螺栓载荷),可降低连接的泄漏率,但当垫片应力水平较高时,效果并不显著。对于密封性要求高的连接,可以采用表面较光滑的垫片。以最大允许泄漏率为设计准则的设计方法与以强度为设计准则的规范设计方法相结合,有可能发展成为一种新的密封连接设计方法。