基于Archard理论的硬密封磨损寿命分析

针对硬密封阀门因密封面磨损而导致其密封失效的问题,采用Archard磨损模型,并借助ANSYS有限元软件模拟密封面的接触,以密封副初始挤压量为0.08 mm的硬密封为例,利用离散化的计算方法逐步对0.02,0.04,0.06 mm磨损深度下的密封面接触压力进行仿真求解,计算出不同磨损深度下密封面的正压力及穿透量并进行分析,推测其磨损趋势并得到密封面的磨损寿命,计算得到当密封失效时即密封副不再有挤压量时,阀门的使用寿命可达5 854次启闭,并发现硬密封的磨损可大致分为3个阶段进行。通过此类方法预测阀门使用寿命,可为硬密封阀门的结构设计及相关密封磨损的寿命研究提供一定的基础和参考。

煤层瓦斯含量测定技术及装备研究进展

瓦斯含量是煤与瓦斯突出危险预测、煤层瓦斯资源量估算、矿井瓦斯治理工程设计的重要参数。围绕如何在大区域准确快速测定煤层瓦斯含量,依托国家科技重大专项、国家自然科学基金和煤炭企业联合基金等项目科技攻关,在取样、测试方面取得了一定进展。主要表现在如下4个方面:①煤层瓦斯含量测定取样经历了孔口接样、岩心管定点取样、压力引射定点取样和密闭取样4个阶段,密闭取样装备保压能力达到11.5 MPa,煤心直径达到38 mm;②针对不同煤层地质条件,发展形成了顺煤层定向长钻孔密闭取样、底板穿层钻孔密闭取样和顶(底)板梳状定向长钻孔密闭取样3种取样技术;③在河南焦作和山西晋城矿区硬煤层中,顺层定向长钻孔取样深度达到516 m,密闭取样法测得煤层瓦斯含量较常规取样法分别平均提高了0.44倍和1.04倍。在安徽淮南矿区碎软煤层中,穿层钻孔密闭取样深度达到209 m,测得煤层瓦斯含量较常规取样法平均提高了0.26倍;在安徽淮北矿区碎软煤层中,顶(底)板梳状钻孔密闭取样深度达到484 m,测得煤层瓦斯含量较常规取样法平均提高了0.19倍,密闭取样法在煤层瓦斯含量测定精度、探测范围上优于常规取样法;④在瓦斯含量测试方面,除了传统解吸法测试,发展了系列煤矿井下瓦斯含量快速测试装备,可实现最快30 min内测得煤层瓦斯含量,一般用于百米孔内的瓦斯含量测试。提出了煤层瓦斯含量测定密闭取样装备需向小型化、轻量化的方向发展,并能实现随钻密闭取样。在测试上,应根据实际情况确定合理的解吸终止限,并将测试装备和密闭取样装备进一步结合,以实现深孔瓦斯含量快速准确测定。密闭取样技术已成为煤层瓦斯含量大区域精准勘查、预测的主要手段,是煤炭安全高效开采的重要技术保障。

全金属硬密封双向零泄漏三偏心蝶阀设计与分析

针对传统三偏心蝶阀承受一定压差或全压差的反向压力等问题,研究设计了一种全金属硬密封双向零泄漏三偏心蝶阀。该蝶阀为长寿命节能型,其采用三偏心原理设计,解决了传统偏心蝶阀在开启10°、关闭瞬间密封面仍处于滑动接触摩擦的缺陷,实现了蝶阀在开启瞬间密封面即分离、关闭接触即密封的效果。首先,对所设计蝶阀的不平衡力矩和允许压差进行了理论分析,并通过流体流动仿真分析了蝶阀开度不同时阀腔内流体的压力、速度和流动迹线,得到了蝶阀出入口的最大压力和最大速度随阀门开度的变化曲线。然后,通过热应力仿真分析得到了蝶阀的热力温度和合力热流量云图,并分析了蝶阀的热应力、热应变、安全系数的分布情况以及其最大热应力随流体温度的变化曲线,验证了蝶阀的热应力满足要求。最后,开展了蝶阀阀体耐压试验和正反向高压密封试验。试验结果表明,蝶阀阀体无可见渗漏和变形,且实测泄漏量均为零,说明该蝶阀的耐压强度和密封性能均满足使用要求。研究结果为三偏心蝶阀接触和摩擦的减少、开启力矩的降低以及使用寿命的延长提供了依据,所提出的全金属硬密封结构为三偏心蝶阀的双向零泄漏密封研究提供了新思路。

硬密封双偏心球阀反向承压密封问题有限元研究

应用ANSYS软件对通径DN300、工作压力3.5 MPa、工作温度500℃的硬密封双偏心球阀反向承压密封面接触问题进行了非线性有限元分析,得到阀门关闭时在反向承压状态下有无预压紧条件下,硬密封双偏心球阀的应力应变图。通过有限元计算结果分析得到了硬密封双偏心球阀应用可移动阀座,并且通过对其预加合适的压紧力,能够更好地实现反向承压密封。同时分析结果还表明,双偏心球阀的阀板容易发生变形,变形会影响阀板和阀座的密封配合,双偏心球阀的阀板必须保证一定的刚性。理论和实践研究结果表明,阀座选用浮动形式的结构,通过预压紧提供初始密封压紧力后,通过阀内液体作用于阀座,阀座压紧阀板为密封提供压紧力实现密封的技术更适合双偏心球阀。研究对“双向零泄漏”硬密封双偏心球阀的结构设计有指导意义。

三偏心蝶阀硬密封结构的响应面优化

金属硬密封三偏心蝶阀在关闭状态下的密封比压决定着该阀的密封性能和工作寿命,优化金属硬密封部件的结构参数十分重要。以DN600三偏心蝶阀为研究对象,利用有限元分析法,分析密封面上密封比压分布规律。提出利用密封配合面周向间隙指标判断蝶阀的密封性能,利用Box-Behnken响应面优化方法对密封构件的结构进行优化,分析复合阀板座大、小径端切割厚度、复合阀板座直径及其交互作用对密封面最大密封比压的影响,得出最优设计方案。结果表明,在不影响蝶阀密封的前提下,优化复合阀板座参数后,密封面最大密封比压从202.96 MPa下降到128.44 MPa。对优化后蝶阀进行封闭打压密封实验,验证了其密封性能的可靠性。

固定式硬密封球阀的密封特性有限元分析

以NPS2 CLASS1500固定式硬密封球阀为例,简述了球面的密封机理和密封比压的理论计算,并借助ANSYS Workbench有限元分析技术对密封面的压力分布规律进行了模拟分析,得到了密封比压理论计算值与仿真结果的差异。通过改变压力角和密封面宽度分别探讨了其对密封面压力分布的影响,结果表明,合适的压力角在41°附近,合理的密封面宽度在7 mm附近。

硬密封球阀密封比压设计与分析

介绍了硬密封球阀在运行过程中影响密封比压的因素,通过密封比压理论计算公式及有限元仿真分析,分析得出密封面宽度及压力角取值范围,进一步确定密封面宽度及压力角最优参数,结合分析得出预紧载荷值,按照最优参数设计了一种规格为DN200 Class300的硬密封球阀样机,通过样机实验测试,其密封性能满足设计要求,为后续硬密封球阀密封尺寸设计提供重要参考依据。

一种多晶硅球阀技术改进方案

多晶硅专用球阀是多晶硅生产系统中的核心装备,具有截断到导通作用。由于其所处工况极其恶劣,使用寿命一般在三个月到半年,阀门密封失效极快。收集大量素材和用户反馈,通过不断优化密封面成型工艺、开发气固相分离技术、改善垫片密封形式、简化阀杆受力结构、转移漏点等五大措施,系统性地解决了阀门内漏和外漏的问题。开发的多晶硅硬密封球阀完全实现了国产化,产品价格约为进口产品的76%,供货周期从进口的半年下降至2~3个月,产品使用寿命从6个月提高到两年以上,实现了以国代进,性能领先进口同类产品。

酸性盐雾腐蚀环境下镍铜氮化硼涂层可磨耗性能研究

为研究镍铜氮化硼封严涂层在海洋环境下的腐蚀行为及腐蚀对涂层性能的影响,采用等离子喷涂在TC4基体上制备镍铝底层和镍铜氮化硼面层,并对涂层进行酸性盐雾腐蚀和可磨耗试验,通过XRD和SEM对涂层物相和微观结构进行表征。结果表明:镍铜氮化硼涂层经过192 h酸性盐雾腐蚀后,在腐蚀层下方形成厚度约为100μm的腐蚀致密区,在致密区内部几乎不存在孔洞。腐蚀层表面腐蚀产物主要为NaCuO_(2)和Cu_(64)O。喷涂态涂层的平均叶片高度磨损比(IDR)值为9.76%±0.35%,而腐蚀态涂层的平均IDR值为13.01%±1.6%,说明酸性盐雾腐蚀将降低涂层的可磨耗性能。涂层的磨损机制由塑性变形磨损转变为塑性变形磨损与黏着磨损混合磨损。

延迟焦化装置高温C型旋转阀的研制

延迟焦化装置高温防结焦耐磨球阀使用工况恶劣,阀门在使用中易出现结焦、泄漏、启闭困难等问题,需要对其结构优化改进,以满足工况使用要求。结合延迟焦化系统工况以及球阀结构特点,采用了C型旋转阀结构,阀座为固定式阀座,依靠偏心楔紧力将半球和阀座压紧进而实现密封,避免因阀座波纹管失效造成阀门泄漏;球体为半球结构,有效减少了因阀体中腔结焦造成启闭困难,经过严格的加工装配和试验,高温C型旋转阀已在某延迟焦化装置工艺管线运行,使用效果良好。

真空助力器后壳体密封圈硬度对使用寿命影响的研究

真空助力器作为汽车制动系统的重要组成部分,产品中使用的各类密封圈直接决定产品密封性好坏,其中尤其是相对运动部位的密封圈,其硬度对产品使用寿命具有重要影响。本文通过实验研究,以真空助力器后壳体密封圈硬度作为研究对象,探讨其对真空助力器使用寿命的影响。实验结果表明,密封圈硬度的变化会对真空助力器的密封效果、安全性和使用寿命产生显著影响。

封孔工艺对6061铝合金硬质氧化膜绝缘性能的影响

6061铝合金硬质氧化之后,可以通过不同的封孔工艺提高硬质氧化膜绝缘性能。通过试验,分析不同封孔工艺对硬质氧化膜绝缘性能的影响。试验结果表明,常温封孔时间为30 min时,击穿电压达到1542 V。常温封孔之后增加热水洗,可以显著提高硬质氧化膜绝缘性能。热水洗时间为10 min时,击穿电压由为2199 V。在60 min内,沸水封孔时间与击穿电压成正相关,封闭速率约为1μm/min。沸水封孔时间为60 min时,击穿电压为1909 V。石蜡封孔为填充型机理,击穿电压随封孔时间而产生的变化不大。

机车变流器用氟橡胶密封新材料配方设计及性能分析

为研究机车变流器中橡胶密封件的性能,试验以氟橡胶为主要原料,制备了一种氟橡胶密封材料,并对其硫化性能、硬度和力学性能进行分析。并以氟橡胶密封材料建立有限元分析模型,对其密封性能进行研究。结果表明,最佳硫化温度为175℃,此时,硫化速率指数为0.93,硫化性能良好。在机车变流器工作温度50℃条件下,密封材料硬度、拉伸强度和撕裂强度分别是80 HA、10.56 MPa、35.648 kN·m^(-1),硬度和力学性能良好。根据有限元模拟分析结果,O型密封圈的最大接触压力为12.53 MPa,符合密封标准。试验制备的氟橡胶密封材料综合性能较好,可以用于机车变流器。

酸性盐雾腐蚀对铝硅聚苯酯可磨耗封严涂层组织结构与力学性能影响

为研究铝硅聚苯酯(AlSi-PHB)可磨耗封严涂层在海洋环境下的腐蚀行为及腐蚀对涂层性能的影响,在TC4基体上利用等离子喷涂技术制备AlSi-PHB涂层可磨耗封严涂层,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等测试方法,开展192 h酸性盐雾试验、硬度试验、结合强度试验,对涂层腐蚀前后的腐蚀形貌及腐蚀机理、涂层结合强度和硬度的变化进行研究。结果表明,经酸性盐雾试验后,涂层表面结构被完全破坏,涂层内部出现了较大的横向裂纹及腐蚀区域,主要腐蚀产物为Al(OH)_(3)。涂层内部孔隙的存在为腐蚀行为发生提供了场所,腐蚀介质Cl-通过孔隙侵入到涂层的内部,在“闭塞电池”的作用下,涂层内部发生更加剧烈的腐蚀。腐蚀前后,涂层的平均硬度从(65.2±10.7)HR15Y下降到(59.6±8.5)HR15Y,平均结合强度从(11.3±1.1)MPa下降到(1.7±0.6)MPa,对涂层服役可靠性产生了影响。

粮食平房仓隔热气密性改造技术研究与应用

采用硬泡聚氨酯、粮仓专用密封槽等材料,对粮仓的地坪裂缝、内墙面、通风口等关键部位进行改造,并通过对比分析改造的实际效果。结果表明,改造后的粮仓隔热气密性显著增强,在控温储粮、气调储粮杀虫方面展现出优越性,且施工便捷、成本低廉,为粮食仓储行业的绿色转型提供了可行方案。

可调直角管接头高压密封设计

中重型商用车液压助力转向系统的介质压力很高,甚至能达到18 MPa,这对管接头的密封性提出了很高要求。在北汽福田公司,目前用于18 MPa介质压力下的管接头密封类型有3种,包括卡套式、铜平垫式、铜平垫硫化橡胶组合垫圈式,没有单纯橡胶密封的类型。鉴于此,整合文献成果,提出一种橡胶密封的设计方法,并将其与成熟的铜平垫式管接头密封方式相组合,形成了可调直角管接头高压密封产品设计方案。经过样品试验和批量验证,可知该设计方案的密封效果良好。

热压烧结制备可磨耗封严Al2024/hBN复合材料及其性能

采用热压烧结技术制备可磨耗封严Al2024/hBN复合材料,研究了球磨时间对复合材料微观组织和力学性能的影响。结果表明,通过热压烧结技术制备的Al2024/hBN复合材料具有较高的密度和硬度,分别达到2.52g·cm^(-3)和HR15Y 90以上。随着球磨时间的增加,热压烧结样品微观组织发生显著变化,由颗粒状变为层片组织结构;摩擦系数和体积磨损量降低,最低达到0.32和2.3×10^(-3)mm^(3)·m^(-1)·N^(-1),三点弯曲力由1.2 kN提高到2.3 kN。

金属陶瓷硬密封双偏心半球阀密封性能分析

针对石油、化工等行业中阀门极易发生密封失效的问题,采用金属陶瓷作为密封件,设计了一种耐磨损、耐腐蚀的硬密封双偏心半球阀,指出软密封球阀的密封比压计算公式不适用于金属陶瓷硬密封的情况,利用赫兹弹性接触理论分析了半球阀密封副密封比压分布规律,建立了半球阀密封性能评价模型,并采用有限元方法计算了半球阀密封副密封比压。通过对比密封比压分布规律的理论分析结果和有限元结果,验证了有限元分析结果的正确性。并得到阀芯、阀座之间最大密封比压为9.55MPa,满足密封性能评价模型,说明设计的金属陶瓷硬密封双偏心半球阀密封性能良好,不会发生介质泄漏。

阀门启闭件软硬组合密封

介绍一种阀门启闭件软硬组合密封结构设计、工作原理、功能及应用情况。

封闭处理对铝合金硬质阳极氧化膜防护性能的影响研究

目的研究不同腐蚀环境条件下,封闭处理对铝合金硬质阳极氧化膜防护性能的影响规律。方法采用中性盐雾、酸性盐雾试验方法进行加速试验,对无划痕试样腐蚀外观和附着力以及有划痕试样的腐蚀形貌等进行检测和考核分析。结果获得了4种铝合金材料硬质阳极氧化膜层在不同试验环境条件下的防护性能、腐蚀失效、附着力变化以及抗腐蚀扩展性能等试验数据。结论封闭处理能够提高铝合金硬质阳极氧化膜层的耐蚀性,改善硬质阳极氧化膜层的耐腐蚀扩展性,同时有助于解决硬质阳极氧化膜层与有机涂层附着力降低的问题。