球面-锥面特殊螺纹接头密封面能量耗散及密封性分析

为从能量耗散角度研究不同井下工况对球面-锥面特殊螺纹接头密封面处密封性的影响,借助ABAQUS有限元软件建立了球面-锥面特殊螺纹接头密封面的模型-球面-平面接触模型,得出了不同切向位移载荷、不同压力和不同摩擦因数下的载荷-位移迟滞曲线的变化规律;利用密封接触强度理论评价特殊螺纹接头的密封性能。结果表明:摩擦因数越大,可承受的宏观滑移载荷越大;随着载荷的增大,密封面呈现刚度软化现象。部分滑移状态和完全滑移状态下,接触区域的能量耗散值都随着切向位移载荷、压力和摩擦因数的增大而增大,说明密封性能有所降低。由密封强度理论得当压力处于15~40 MPa时,密封面均满足密封要求;随着压力的增大,密封接触强度增大,密封性能也随之提高。研究结果可为井下复杂工况条件下提高球面-锥面特殊螺纹接头密封性能提供参考。

盾尾刷-油脂腔密封系统油脂逃逸规律研究

油脂逃逸导致油脂腔内压力降低,由此诱发的盾尾密封系统漏水、漏浆等安全责任事故屡屡发生。研制盾尾刷密封系统油脂逃逸的单元体试验装置,采用逐级加压将油脂注入盾尾密封系统油脂腔内,每级压力持续420 s,记录不同盾尾间隙及不同油脂锥入度工况下腔内的密封油脂开始逃逸时的油脂注入压力值、以及逃逸后储油装置中密封油脂的稳定损耗速率,最终获得了盾尾密封系统的油脂逃逸规律,并总结了盾尾油脂的逃逸模式。研究结果表明:1)油脂逃逸速率主要受油脂锥入度和油脂压力的影响,根据油脂逃逸规律变化曲线,油脂逃逸速率可以分为不逃逸、低速逃逸、快速逃逸3个阶段。油脂不逃逸至低速逃逸的油脂压力称为油脂逃逸压力,油脂低速逃逸与快速逃逸之间的油脂压力值为油脂腔内外压差控制值;2)建立了油脂逃逸速率和工程中油脂消耗量的对应关系,结合工程中每环盾尾油脂允许消耗量可实时判断盾尾刷密封性能;3)当油脂锥入度小于286.4(1/10 mm),盾构姿态与管片姿态控制良好时(盾尾平均间隙为75 mm),在水土压力及同步注浆压力基础上最大可增加0.3 MPa的油脂压力,提出的油脂腔内外压差控制值可指导实际工程盾尾油脂压力设定最大值;4)油脂逃逸模式可划分为无逃逸、非均匀逃逸和均匀逃逸3种模式并得出其发生条件。该研究对于指导盾尾密封性的设计及施工有着基础性的意义。

牙轮钻头Ti(C,N)基金属陶瓷密封配副磨损研究

目前牙轮钻头金属密封环通常采用相同的金属材料,其磨损性能不佳,易造成金属密封因磨损严重而失效。为提高金属密封的磨损性能,提出采用Ti(C,N)基金属陶瓷作为牙轮钻头密封副,并开展其与不同材料配副的磨损试验,研究不同摩擦副的摩擦磨损性能和磨损形式;建立适用于牙轮钻头金属密封材料的数值磨损模型,开展Ti(C,N)基金属陶瓷与不同材料配副的双金属密封性能的数值模拟,基于磨损模型预测使用30 h后不同双金属密封的磨损体积。试验结果表明:当Ti(C,N)基金属陶瓷作为动摩擦副,9CrSi作为静摩擦副时,金属环表面平均磨损体积最小,同时摩擦因数较小,磨损性能更佳。通过试验与仿真数据对比,验证了建立的数值磨损模型适用于双金属密封。仿真结果表明:当Ti(C,N)基金属陶瓷作为动金属环,9CrSi作为静金属环时密封端面磨损体积最小,金属密封磨损性能显著提高,其接触应力最大值为23.243 MPa,能够满足密封要求。

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。

一种低压单向活门开启压力性能优化

某型号单向活门要求开启压力不大于5 kPa,装配试验时开启压力满足要求,放置15天后开启压力超差,不能满足指标要求。该单向活门主要靠O形圈与锥面贴合密封,未进行限位,随着时间的推移,O形圈被挤压的作用力变大,增大了与锥面的摩擦力,导致单向活门首次开启压力超差,该问题一直是低压单向活门锥面密封结构长期存在的难点。为了解决该问题,从产品结构、工作原理、加工工艺等方面进行了深入分析,认为影响单向活门首次开启压力偏高的原因为弹簧力偏大、弹簧扭转、密封面粘连,并采取了相应的措施,通过试验验证,证明了措施的有效性和可行性,提高了产品的稳定性。

封孔器锥面端头与钻孔残留煤渣的力学作用分析及应用

分析封孔器锥面端头与钻孔残留煤渣的力学作用,有助于利用锥面端头的减阻效应,提高封孔器的送入孔深与速度。首先,在锥面端头受力分析基础上,推导了锥面端头移动最小推力计算公式,并通过试验研究验证了其正确性;然后,分析了堆积煤渣承受的侧向力,并揭示了锥面端头减阻机理;最后,应用理论研究结果,提出了锥面端头优化设计思路,改进了封孔器,并开展了现场试验。试验结果表明:锥面端头移动最小推力与端头重力、端头锥面角度、端头锥面与煤渣的最大静摩擦系数、堆积煤渣厚度和端头锥底半径均呈正相关性关系(与锥面角度呈正切函数关系);锥面端头通过降低堆积煤渣厚度及接触面顶端堆积煤渣剪切应力实现减阻;改进型封孔器可以降低阻力、提高送入速度与孔深。

卡套式管接头密封失效分析及仿真优化研究

介绍了卡套式管接头的密封原理,分析了引起卡套式管接头密封失效的原因,并利用有限元软件对卡套刃口结构进行了优化改进,结果表明改进刃口结构尺寸可促使卡套与硬管的密封结合面紧密接触。经试验验证,改进效果明显,为实际应用中卡套式管接头的优化设计提供了依据。

牙轮钻头径向非对称扁平密封性能研究

为了提高HAR橡胶密封圈寿命,提出一种新的径向非对称扁平密封结构。相比传统对称截面扁平密封圈,径向非对称截面的密封接触面积更小,因而减小了内圈动密封面旋转产生的热量以及磨损。通过试验对比氢化丁腈橡胶(HNBR)与丁腈橡胶(NBR)的性能,选择出合适的橡胶密封圈材料;分别建立径向非对称扁平密封圈与传统对称截面扁平密封圈的有限元模型,对比2种结构的密封性能;在不同的环境压力和温度下对径向非对称扁平密封圈的密封性能进行评价,并在现场进行应用验证。仿真结果表明:径向非对称扁平密封圈接触应力更大,密封性能更优;同时,其Mises应力明显低于传统对称截面扁平密封圈,证明径向非对称扁平密封更适合长期稳定工作。现场应用结果同样验证:在高温高压工况下,径向非对称扁平密封圈密封性能可靠,具有较高的实用价值。

HP500圆锥破碎机密封性能改进研究

南山矿凹山选厂为了延长HP500圆锥破碎机零件的使用寿命,针对机器密封不良、粉尘污染、润滑不良造成的各部滑动轴承超期磨损影响正常生产等问题,进行了深度原因分析并提出了相应的解决措施。通过通气装置改进和选用小型离心式风机等措施,优化后破碎机的油质得到了明显改善,未出现润滑油被污染的现象,油箱中未出现油泥沉淀现象,油温、油压均能控制在规定范围内,破碎机工况良好,达到了预期优化效果。

大型双锥密封过程非线性数值分析

建立双锥密封结构的整体有限元分析模型，采用非线性接触算法对双锥密封过程进行了数值模拟，有限元结果与试验结果吻合较好，将有限元模型和分析方法应用于内压载荷作用下大型双锥密封过程数值模拟，分别得到预紧和操作工况下双锥环Mises等效应力和垫片应力分布，以及垫片应力、双锥环应变和径向间隙随预紧载荷和内压载荷的变化曲线。径向间隙若按g≥0．1％D1设计，双锥环材料不可避免会发生整体屈服，径向间隙若按g≤0．05％D，设计，加压过程中的密封性能得不到保证，推荐径向间隙按g=（0．075％～0．1％）D1。

高压容器双锥环密封径向间隙的研究

针对高压容器双锥密封结构实际应用中泄漏事故,根据高压容器双锥密封结构密封机制,提出螺栓力、双锥环径向间隙及垫片应力在升压过程中皆存在一个拐点,此时的最小密封比压是导致双锥密封泄漏的主要因素。通过分析操作工况主螺栓载荷和主螺栓预紧力,推导出双锥密封结构操作工况回弹量和密封比压公式,求出双锥环与端盖支撑面刚产生尚未产生径向间隙的拐点压力和此时的最小密封比压;以最小密封比压为目标函数,并考虑双锥环屈服和失稳两项约束,求得高压容器双锥环密封最佳径向间隙范围,并建议GB150对径向间隙取值的修改。结果表明,双锥环密封泄漏与软垫选择、双锥环几何尺寸、双锥环初始径向间隙等有关,其中对密封性起关键作用是双锥环几何尺寸。

油套管特殊螺纹球面对锥面密封结构的弹塑性接触应力分析

基于Hertz接触应力和Mises屈服准则建立了考虑密封面附加作用扭矩的特殊螺纹球面对锥面密封结构的弹塑性接触应力理论模型,研究了密封面附加作用扭矩对密封面接触应力分布的影响规律。结果表明:随密封面附加作用扭矩的增加,密封面接触状态逐渐从完全弹性接触转变为弹塑性接触,接触应力分布逐渐由开口向下的抛物线向抛物线杯形转变,且接触宽度、屈服宽度和平均接触应力均逐渐增大。为提高特殊螺纹气密封性能,既要保证密封面具有足够的平均接触应力和接触宽度,又要合理控制屈服宽度,实例中建议将密封面附加上扣扭矩控制在731.7N·m~1826.4N·m范围内。研究结果对指导特殊螺纹合理上扣、提高螺纹气密封性能具有重要意义。

基于ANSYS的管路锥形密封结构参数分析

利用有限元分析软件ANSYS,通过计算控制要素、有限元计算分析,对2种结构的密封性能进行比较。在不同设计参数条件下,计算出2种管路锥形密封结构满足密封条件时主要设计参数与轴向预紧力、密封面宽及vonMises应力的关系曲线,获得主要设计参数在工程应用时较稳健的取值范围。计算结果表明,在同等密封条件下,与锥头-锥孔结构比较,球头-锥孔的密封性能相对更好。

大直径双锥密封主要结构参数的研究

对封口内径为3200mm的大型氨合成塔双锥密封进行了结构设计。通过数值模拟,研究了双锥环锥角以及双锥环与平盖间的径向间隙对密封的影响,提出了大直径双锥密封有效性评判准则,得到了该双锥密封的最佳结构参数。依据该结构参数制造的某大型氨合成塔双锥密封结构自投入使用以来,运行良好。

特殊螺纹接头锥面/锥面结构密封特性研究

API螺纹接头由于本身的结构设计以及加工公差已不能满足高温、高压的密封需要,而国内对气密封接头的密封特性研究较少。为此,对锥面/锥面结构密封采用有限元软件进行模拟,研究特殊螺纹接头锥面/锥面结构密封接触压力分布规律和密封性能,分析并讨论密封结构对主密封接触压力的影响。结果认为,特殊螺纹接头锥面/锥面结构密封主密封上具有很高的接触压力;密封面结构参数的变化对接触压力值的变化影响较大,但是对有效接触长度基本没有影响;单纯采用锥面/锥面结构密封,主密封面上存在应力集中,接触压力分布极不均匀,有效接触长度很短,密封面没有得到充分利用,需要对接头进行改进,以改善接头的密封特性。

新型D形螺栓高压密封结构

通过将D形螺栓联接的高压密封与传统的双锥密封、卡扎里密封在结构、加工、密封可靠性、重量等方面进行对比,说明D形螺栓联接的高压密封结构具有结构紧凑、重量轻、加工简单、密封可靠、拆装方便等优点,是较为理想的高压密封装置,适用于经常装卸的高压设备和管道。

小锥度环形密封转子动特性

为求解小锥度下液体环形密封动特性系数和转子所受激振力的大小,建立了小锥度环形密封全三维模型,利用CFDFluent软件及其气穴模型计算得到了转子表面压力分布和气穴存在的位置.研究了进出口压差、ω/Ω和不同转速下小锥度环形密封转子表面压力变化规律,并得到了不同转速下气相分布情况.最后依据转子动力学模型和激振力方程,分析了压差分别为1.38,2.41,3.45MPa和转速分别为1.02×104,1.74×104,2.46×104r/min情况下密封动特性系数和涡动比.将计算值同Childs的理论值和Lindsey的试验值进行了对比.结果表明:增加进出口压差、增大ω/Ω和提高转速均能增大小锥度环形间隙压力,有效减小气穴范围,提高环形间隙密封性.模拟结果同试验值和理论值基本吻合,并且整体上更接近于试验值,这为具有小角度液体环形密封的工程研究提供了理论依据.

锥形滑环组合密封有限元分析

采用ANSYS软件对锥形滑环组合密封进行有限元分析。分析了高压及超高压密封状态下动、静密封面的密封效果以及各密封部件的使用性能,解决了有限元分析过程中大应变问题和接触问题带来的收敛性差的技术难题和密封内压动态加载的技术难题。数值模拟结果表明,锥形滑环组合密封能够实现高压及超高压密封,且各密封部件工作状态良好。数值模拟工作为锥形滑环组合密封产品的开发提供了辅助。

废热锅炉和冷却器法兰泄漏的消除

对中温变换废热锅炉第一变段管板法兰及三合一塔冷却器下法兰密封失效的现象进行了分析,并采用"卷筒固定装夹"及"光刀机"修复法兰密封面,一次消除了泄漏。

水液压O形圈锥面密封特性分析

针对水液压提升阀中的锥面密封问题,利用Abaqus有限元分析软件建立了锥面密封结构的二维轴对称模型,对其进行密封性能分析。分析了不同预压缩率、不同密封压力作用对O形密封圈所受最大接触压力、最大Mises应力的影响,确定了密封圈的易失效位置以及接触面的压力分布规律。结果表明:随着压缩率及密封圈所受液体压力的增大,密封圈所受到的最大Mises应力及接触面最大接触压力随之增大;带圆倒角的密封槽口或减小密封间隙,能有效减小密封圈挤出时密封槽口对密封圈的剪切应力,从而提高密封圈使用寿命,为水液压提升阀等液压元件的锥面密封结构设计提供设计依据。