平板式SOFC钎焊自适应密封热应力与变形分析

提出了一种平板式固体氧化物燃料电池钎焊自适应密封方法,利用有限元法分析热应力,与常规玻璃陶瓷作为密封材料进行比较,从热应力角度验证了钎焊自适应密封的优越性.结果表明,与玻璃陶瓷密封相比,自适应密封产生的热应力小167 MPa.钎焊自适应密封通过金属箔片连接电池和金属框架,由于密封结构具有一定的弹性,降温过程中发生侧向偏移变形.利用金属箔片的弹性变形和塑性变形,吸收电池堆系统内部产生的热应力,降低热应力对电池内部结构的损伤.钎焊自适应密封的最高热应力位于钎角部位,成为最薄弱环节.

固体氧化物燃料电池钎焊自适应密封研究进展

平板式固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cell,SOFC)是一种直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能转化为电能的发电装置,具有能量转化效率高、结构紧凑、对环境污染小等优点,成为替代现有石化燃料的最佳选择。SOFC要通过封接防止泄漏,由于其工作温度高,对封接要求苛刻。在高温下,要求封接材料具有良好的化学稳定性、热稳定性、气密性以及绝缘性等,因此密封技术一直是制约其商业化应用的瓶颈问题。钎焊自适应密封是近几年发展起来的一种平板式SOFC密封技术,利用金属箔片钎焊连接电池和金属框架,具有封接强度高、密封性能好、能吸收热应力等优点,具有较好的应用前景。介绍自适应密封的原理、特点和应用,从结构设计、钎焊技术、残余应力等方面的研究进展进行综述,指出该技术存在的问题,并对其今后的发展方向进行预测和展望。

自适应接触式机械密封性能研究

以压水堆核主泵静压轴封系统中具有自适应性的接触式机械密封为对象,分别采用热流固耦合混合润滑和流固耦合流体润滑模型,研究了不同工况下密封性能演变规律;提出了具有更好工艺性能的静环组件浮动安装结构并与国外产品采用的镶装结构密封性能进行了比较。自行研制了立式、全尺寸自适应接触式机械密封性能试验系统,获得自适应接触式机械密封在核主泵密封两种典型工作状态下的密封性能,验证了理论分析模型。同时,通过试验验证了静环组件浮动安装结构的可行性与性能,为国产化设计与制造提供了理论和实践基础。

煤层钻孔自适应动态密封技术及系统研究

顺层瓦斯抽采过程中,受采动影响和钻孔周围煤体蠕变等作用,致使钻孔及其周围煤体发生动态变形并产生新的裂隙,增大抽采漏风量,造成抽采瓦斯浓度偏低、钻孔服务时间短,抽采困难与资源浪费等。根据抽采钻孔动态形变规律,应用多孔介质渗流力学和钻孔密封理论研究了以封孔器和密封液相互配合为基础的自适应动态密封关键技术与理论体系。研究表明,通过对钻孔实施动态密封,在20k Pa左右的抽采负压条件下,单孔瓦斯抽采浓度达90%以上,单孔纯瓦斯流量提高2—3倍。

螺旋槽对自适应迷宫密封的影响研究

为了增强浮动迷宫密封的浮起性能和适应转子径向跳动的能力,在主轴跑道的外表面增加了槽型结构,通过试验测量和CFD数值仿真研究不同压差、转速下不同开槽方式(无槽、直线槽与螺旋槽)对浮动迷宫密封泄漏特性和浮起性能的影响。结果表明:泄漏量随着压差的增大近似呈线性增长,直线槽浮动迷宫与螺旋槽浮动迷宫泄漏量数值计算值最大分别增加了16.1%和18.7%,试验值最大增加分别为14.5%和15.1%;直线槽与螺旋槽对浮动迷宫密封浮起力的影响相差不大,但是随着压差的逐渐增加,螺旋槽对浮起力的影响相较于直线槽而言会越来越大;随着转速的增加,3种密封结构的泄漏量和浮起力变化很小,而且直线槽与螺旋槽密封结构泄漏量和浮起力都大于无槽密封结构。

超高压柱塞液压缸自适应变间隙密封技术研究

为解决超高压密封难题,根据间隙节流降压密封原理和圆筒形腔体受内外压差作用会产生径向弹性变形理论,设计了超高压柱塞液压缸自适应变间隙密封结构。解析计算不同壁厚、不同超高工作压力下的柱塞腔体径向变形量,数值分析不同工作压力、不同初始间隙下的柱塞径向变形量及液压缸密封间隙值分布情况并进行测试。结果表明:超高压状态下,圆筒形柱塞间隙变形量和最小间隙密封节流长度均可跟随工作压力的变化而自动调整,达到减压节流的目标。

复合压差激活密封剂的设计及其封堵性能

压差激活密封剂是一种新型密封流体,可在漏点压差作用下对丝扣、管线等静密封的微缺陷损伤实施快速、自适应修复,但其密封性受漏点尺寸影响较大,因而在油气井生产及井筒完整性恢复中的应用受到了一定的限制。为了提高压差激活密封剂的适用性,基于密封流体在压差作用下的相态转变及密封行为特点,提出了固-液态密封材料协同增效强化大孔隙封堵的复合修复技术,通过两类固体密封材料("桥堵"刚性粒子与"拉筋"纤维)的联用,改变泄漏孔隙几何结构和流体迁移路径,促使压差激活密封剂形成有效固体屏障,充填大孔隙完成密封修复。室内实验结果表明:①制备的压差激活密封剂是一种多分散体系,其核心颗粒形状较规则,粒径集中分布于300~400 mm;②在评估压力范围内,海泡石纤维作为结构形成剂,提高了形成密封固体的完整性;③贻贝粉体作为孔隙结构修饰剂,改善了密封流体在泄漏受限空间的驻留能力,二者协同改善了形成固体屏障的结构,极大增强了复合压差激活密封剂的大孔隙封堵效果。结论认为,该研究成果可以为油气井新型多功能密封剂体系的开发与应用提供理论与技术支持。

自适应迷宫密封仿真及实验研究

为了解决传统迷宫密封在恶劣工况环境下存在的碰磨问题,提出了一种自适应迷宫密封结构。通过仿真分析发现,浮起力的产生主要是由于密封径向间隙压力分布不均匀。对于气体密封,由压差引起的流体静力效应是本研究所用条件的主导因素,而不是流体动力效应。该模型还分析了偏心率、槽宽及入口段节流长度对自适应迷宫密封浮起力和泄漏率的影响。实验结果表明,该自适应迷宫密封性能比传统迷宫密封性能提高了2.3~3.1倍。此外,自适应迷宫密封的密封环在0.05~0.30 MPa的压差下均能浮起,具有响应速度快的特点。