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。

密封端面声发射信号降噪处理技术研究

针对利用声发射技术监测密封端面摩擦状态,受到轴承、电机等部件摩擦产生背景噪声对密封端面摩擦信号的干扰,导致获取密封端面声发射信号信噪比不高的问题,文章提出的基于经验小波变换和相对熵(EWT-KLD)的滤波降噪方法,对采集到的原始信号进行滤波降噪处理,以提高密封端面摩擦产生声发射信号的信噪比。通过试验验证,该方法可适用于不同工况、不同介质、不同摩擦状态的声发射信号进行降噪,提高50 kHz以上声发射信号的信噪比,尤其是密封端面微弱摩擦产生信号的信噪比,有效地提高了密封端面摩擦声发射检测的精度和灵敏度,对于早期密封端面摩擦监测的作用尤为明显,使得密封端面摩擦状态累积变化过程的监测更准确。

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。

圆-椭圆垂直复合微孔织构对密炼机端面密封装置摩擦性能的影响

建立密炼机端面密封装置圆-椭圆垂直复合微孔织构(简称复合织构)的流体动压润滑模型,研究织构参数和工况参数对复合织构摩擦性能的影响。结果表明:当复合织构深度为5μm时,复合织构端面密封装置具有最好的减摩性能;当复合织构面积率为43.96%时,润滑油膜平均无量纲压力(P_(a))最大和摩擦因数(μ)最小;复合织构的μ随着动密封环转速(n)和润滑油粘度(η)的增大而增大;密封间隙(h_(0))为3和6μm时,复合织构的P_(a)和μ都随着n和η的增大而增大;在不同的n和η下,复合织构的P_(a)和μ随着h_(0)的增大而减小。

引流-泵送槽液体润滑端面密封性能研究

为进一步探究机械密封端面组合槽型对密封综合性能的影响规律,建立了基于质量守恒和能量守恒的引流-泵送槽液体端面润滑密封的准三维热流体动力润滑模型,并验证了其准确性,采用SUPG有限单元法对液膜压力、温度以及密封环端面温度进行迭代耦合求解,由此对密封端面状态与密封性能参数影响规律开展分析。通过端面场分析,揭示了引流槽“动力润滑散热”与泵送槽“空化泵送减漏”的作用机理。在p_(s)=1 MPa,n=3000 r/min,h_(0)=1.5μm工况条件下,增加引流槽周向长度,增大泵送径向位置比,调节引流径深比至0.52~0.60,泵送槽周向长度与径向宽度比至(13.5~14.5)/(1~2),引流槽深至4~6μm,泵送槽深至2~3μm,可有效提高密封端面的动压承载、润滑散热能力并减小端面泄漏量。研究结果可为该类密封的设计提供参考。

超高速传动系统径向双端面机械密封端面温升及变形研究

鱼雷涡轮发动机超高速齿轮传动支承轴承腔滑油径向双端面机械密封运行转速高达50000r/min,面临摩擦生热多、密封介质高温高压等极端工况,密封性能难以保障,影响齿轮和轴承的润滑特性。对此,建立超高速齿轮箱机械密封热-流-固耦合仿真模型,分析了机械密封冷却水流场及其端面温升和变形情况;研究了热态条件下弹簧比压、冷却水流量和静环过盈量对密封端面温升和变形的影响。结果表明,热态下内层密封两侧介质压差为1.1MPa,是冷态的11倍;内、外层密封端面最高温度分别达400℃和370℃,是冷态的3倍左右;热态下密封端面变形大于冷态,且内层密封端面变形大于外层;密封端面温升随弹簧比压增加而增加,而随冷却水流量增加而降低,最佳冷却水流量为0.2kg/s;随弹簧比压增大,动环端面变形逐步变大,而静环端面变形几乎不变,冷却水流量对密封端面变形影响不大;静环端面变形随过盈量增大而增大,且内层静环端面变形大于外层。

径向双端面机械密封端面热-力耦合变形研究

针对鱼雷涡轮机径向双端面机械密封在高速、高温、高压等复杂极端工况下,内层密封发生泄漏的问题,基于热流固耦合仿真方法研究了其端面变形情况,结果表明,内、外层密封端面均产生沿半径增长方向逐渐变大的端面间隙,内层密封端面间隙大于外层,最大为0.04 mm。针对内层机械密封,比较动、静环端面单一热、力、热力耦合变形结果,并研究冷却水压力、密封端面宽度对其端面温度及变形的影响。结果表明,静环端面变形受温度影响较大,且力变形会抑制热变形,动环端面变形主要受温度影响;随冷却水压力增高,密封端面温度逐渐升高,静环端面变形略有减小,动环端面变形几乎不变;随密封端面宽度减小,端面温度逐渐升高,动环端面变形增大,最佳密封端面宽度为3.5 mm,静环端面变形随端面宽度减小而减小。

超高速径向双端面机械密封温度场分析

为提高鱼雷涡轮机超高速径向双端面机械密封工作可靠性,建立机械密封热-流耦合仿真模型,分析机械密封运行时的端面温度特征,研究动环流水槽和动环转速对密封端面温度的影响。结果表明,内层密封端面温度沿半径增长方向先增大再减小,最高为150℃;外层密封端面温度沿半径增长方向逐渐升高,最高温度为210℃,高于冷却水汽化温度195℃,外层密封泄漏风险较高。机械密封动环流水槽可有效增强其冷却效果,密封端面温度随流水槽深度增加而降低,当流水槽深度为3 mm时,外层密封端面最高温度为188℃,低于冷却水汽化温度。内、外层密封端面温度均随动环转速上升而增加,当转速从10000 r/min增长到50000 r/min,内层密封端面最高温度从60℃增长至125℃,外层密封端面最高温度从70℃增长至185℃。

外输泵双端面机封冷却系统改造技术

某海上平台外输泵采用一用两备模式,其中外输泵A泵双端面机封采用海水冷却方式,针对此种冷却方式易造成机封泄露的现象,提出对外输泵B/C泵双端面机封冷却系统改造为加压滑油冷却机械密封并采用散热柱冷却循环滑油的方式,设计了一套具有补液、保压、打压、报警等功能的成套冷却系统,保障了外输泵正常平稳的运行。

电厂汽轮机轴端端面汽封改造优化设计分析

以某电厂汽轮机为研究对象,对检修过程中所出现的问题进行剖析,在汽轮机运转的实际需求的基础上提出汽轮机轴端端面汽封改造优化方案,并利用有限元软件对新型汽封在汽轮机中应用的可行性和可靠性进行分析,同时将改造优化后的汽轮机轴端端面汽封应用在某电厂汽轮机中,对实际应用效果进行剖析。

接触式机械密封稳态摩擦特性研究

接触式机械密封在运转中主要处于混合润滑状态,其端面间隙与表面粗糙度处于同一数量级。为探究混合润滑状态下接触式机械密封的摩擦磨损特性,分析端面温度和摩擦扭矩等性能参数受工况参数的影响规律,结合平均雷诺方程以及ZMC接触模型,求解混合润滑端面间的接触特性,建立混合润滑磨损模型,研究接触式机械密封在润滑条件下,摩擦特性参数随操作参数的变化规律,开展了相应的试验研究,并对理论分析结果进行验证。研究结果表明:随介质压力增加,微凸体接触力占比增加,通过改变端面间接触状态来改变摩擦状态;随转速增加,端面间接触状态不变,但转速加大了端面间磨损距离与温度,进而导致磨损加剧;在压力影响试验中,密封环温度和密封腔温度随压力变化成正比,且每次压力变化都使得密封环温度产生阶跃变化。所得结论对机械密封因过热和磨损导致的失效现象分析具有一定的理论指导意义。

浮动油封端面比压的参数分析及实验研究

浮动油封的结构参数决定端面比压的大小,进而直接影响其密封效果,因此建立端面比压与结构参数的准确关系,对浮动油封的设计有重要意义。利用Abaqus软件建立浮动油封的二维轴对称模型,通过仿真正交试验分析浮动油封的几何参数、安装间距、O形密封圈硬度等结构参数对端面比压的影响,并对影响端面比压的关键因素进行参数分析,得到端面比压与浮动油封结构参数之间的回归模型,最后通过试验验证回归模型的准确性。结果表明:影响浮动油封端面比压的关键结构参数为安装间距、浮封环腰径、浮封座锥面角度、密封圈硬度、密封圈截面直径,回归模型计算结果与试验数据吻合良好,表明回归模型符合实际,能够为浮动油封的结构设计提供有效参考。

端面密封材料S-07不锈钢滑动摩擦学行为的分子动力学模拟

为探究端面密封材料S-07不锈钢在不同参数下的摩擦学行为,构建纳米尺度下S-07不锈钢的摩擦磨损模型,以对偶件的压入深度和滑动速度作为变量,研究S-07不锈钢表面摩擦学性能及形貌变化。结果表明:随着摩擦相对滑动速度的增加(50、100、150 m/s),S-07不锈钢磨损表面粗糙度降低;随着对偶件压入深度(0.3、0.6、0.9 nm)的增大,摩擦因数呈上升趋势;磨损量随压入深度增大而增大,随滑动速度上升呈下降趋势。在微观尺度上,从位错、塑性变形等角度解释了在不同磨损条件下S-07不锈钢性能变化的原因,为该材料适用摩擦工况的选择提供了理论参考。

多相介质泵用高压密封设计及性能分析

针对多相介质泵用机械密封运行特点,为避免介质含气量大范围波动而影响密封端面润滑膜的稳定性,开展高压双端面机械密封结构和端面槽型设计,通过变形校核证明结构设计合理。建立密封端面深槽流体润滑模型,采用数值计算方法进行求解,分析不同开槽面积比的圆弧型槽的端面泄漏量、开启力等主要密封性能随工况参数的变化规律。结果表明:高压状态下,密封端面开深槽能有效改善端面润滑状态;端面泄漏量和开启力随着开槽面积比的增大而变大,同时压力越大,端面泄漏量和开启力也越大,但转速对端面泄漏量和开启力的影响不大。对设计的密封进行台架性能试验验证,获得的密封端面泄漏量变化规律与数值计算结果趋势保持一致。

螺杆膨胀机端面压力非均匀分布与轴封泄漏特性研究

螺杆机械的端面压力分布是计算轴封泄漏与动力特性的首要前提。不同于其它机型,螺杆机械的端面压力分布不仅与工况参数有关,还与转子设计参数密切相关。为研究螺杆机械轴封泄漏特性,本文建立了端面压力非均匀分布模型与轴封泄漏模型,通过实验数据的对比,验证了轴封模型的准确性,并进一步研究了不同工作压力、内容积比以及轴封出口压力下,端面压力分布与轴封泄漏量的变化规律。结果表明:螺杆膨胀机端面压力呈非均匀分布,且端面平均压力远小于工作压力。端面平均压力和泄漏量均随工作压力的增加而近似线性增大,随内容积比的增大而降低。当工作压力由500 kPa增至800 kPa时,端面平均压力增长12%,泄漏量变为原来的3.8倍;当内容积比由3增至5时,端面平均压力减小7.4%,泄漏量降幅高达50%。泄漏量随迷宫密封出口压力的增加而降低,且降幅逐渐增大,当出口压力由100 kPa升至300 kPa时,泄漏量降低37%。

双端面机械密封辅助系统泄漏原因分析及预防措施

轻质烃类机泵双端面机械密封常采用PLAN 11+PLAN 52辅助系统。通过分析双端面机械密封的密封原理、密封辅助系统的结构功能,结合P313#离心泵双端面机械密封泄漏现状,对密封辅助系统中储液罐内缓冲液液位升高和降低的原因进行了分析,并提出了确保冷却水循环系统畅通、选用合适的缓冲液、定期检查缓冲液液位变化情况以及定期检测出入口管线温度等预防机械密封失效的措施,可为机泵的平稳安全运行提供保障。

石油修井泥浆泵受压端面密封结构优化

为确保石油修井泥浆泵受压端面密封良好,保障石油修井工程安全进行,依据石油修井泥浆泵工作原理,分析采用上游泵送机械密封方式的密封机理。在此基础上,以泄漏量最小与液膜轴向刚度最大为目标函数,构建泥浆泵受压端面的优化设计模型。通过设定闭合力并启用计算程序,优化由石油修井泥浆泵的结构参数与实际修井工程工况相关参数组成的设计变量,实现受压端面密封结构优化。实际应用表明,在设定闭合力条件下,液膜轴向刚度与槽深呈负相关,且槽深在26μm以下时,泥浆泵的泄漏量相对较小,此时泥浆受压端面的密封性较好。

端面密封装置泄漏分析与结构改进设计

针对端面密封装置进行了泄漏分析。首先基于端面密封装置的工况参数、几何参数对密封结构进行仿真分析,得到密封装置滑油泄漏量。其次对密封装置在实际使用中可能发生的泄漏情况进行了分析。结果表明:端面密封装置在金属动环与轴之间存在潜在泄漏通道;由于装配操作不当、波形弹簧压紧力不均匀可能引起装置偏载、倾斜,使密封环在工作时接触不均匀而产生滑油泄漏;密封压力增加时,滑油泄漏量也会增加;波形弹簧压紧力对滑油泄漏量也有影响。最后,提出了增加O型密封圈以及在金属动环上增加逆流泵送槽等改进方案,并进行了仿真分析与试验验证。研究结果可为端面密封设计提供参考。

机械密封端面摩擦机理及其声发射信号特性研究

分析了机械密封端面摩擦机理,根据端面的摩擦机理,选用声发射信号(Acoustic Emission,AE),作为表征密封端面摩擦状态的监测信号,建立了基于AE信号的密封端面摩擦状态的监测模型。根据机械密封的工程应用需求,将密封端面工作状态分为三种类型:边界摩擦状态、混合摩擦状态和流体润滑状态,利用采集的声发射信号和建立的监测模型,能够有效地识别密封端面的工作状态,识别率大于70%。

含端面封严的转子动力学建模及振动特性分析

石墨端面封严是航空发动机中广泛采用的一种接触式封严结构,其在工作时由于转子摆动将不可避免地对转子产生非线性激励载荷。为揭示此种端面接触式封严对转子的动力学影响,以偏置盘转子-封严系统为对象,考虑转子摆动的影响推导了端面封严的非线性激励载荷,建立了含端面封严的偏置盘转子系统的非线性动力学方程,结合数值分析详细研究了端面封严诱发的转子非线性动力学响应及稳定性特征。结果表明,端面封严载荷对转子系统始终做正功,当系统阻尼不足以耗散封严载荷输入的振动能量时,转子振幅将逐渐发散并表现出失稳特征,此时转子频域响应由转子模态成分主导。通过对关键参数影响分析,发现减小封严结构接触半径、摩擦系数、轴向刚度或提高系统阻尼有利于提升转子稳定性。