磁流体动压润滑非接触式机械密封中的磁场分析

为研究磁流体润滑非接触式机械密封的磁场特性,运用Ansoft Maxwell数值模拟磁流体膜和密封环组成的密封系统的磁场强度和磁感应强度,分析磁流体膜厚和电流强度对磁场强度和磁感应强度的影响,用最小二乘法拟合磁流体膜的磁感应强度和电流强度的关系式。结果表明:磁感线在密封系统中形成了完整的“O”形回路,磁流体膜中的磁场强度最大,磁感线在磁流体膜中分布均匀,且垂直穿过磁流体膜;当电流强度恒定时,磁流体膜中的磁感应强度和磁场强度沿厚度方向可视为常数;随着电流强度的增加,磁流体膜的磁感应强度和磁场强度均增加。

Kalsi密封流体动压波形结构研究

Kalsi密封依靠其流体动压波形边在轴旋转时产生流体动压润滑油膜。对标准Kalsi密封的规则正弦波波形边进行理论分析,发现通过增加波数和波幅可以促进流体动压润滑作用。借助Pro/E软件建立三维Kalsi密封模型,并在ABAQUS有限元软件中进行不同波数、波幅、内径时密封的Von Mises应力及接触应力分析。结果表明:波数、波幅对密封圈的Von Mises应力影响很小,而对接触应力影响较大;不同波数时,接触应力呈对称分布,且波数越多接触应力越大;不同波幅时接触应力分布比较一致,且波幅越小,接触应力曲线越平缓;而Kalsi密封圈内径对密封圈的Von Mi-ses应力和接触应力的影响与不同波数时的结论相似。

Kalsi型流体动压密封结构及其接触性质研究

流体动压径向密封是利用流体动压效应研制的新型径向动密封结构, 其典型产品Kalsi型流体动压密封已在国外石油机械中获得了成功应用。在分析该密封结构和机理的基础上, 提出了“软弹流”数值迭代研究方法, 并采用MSC Marc软件对影响密封性能的重要因素———轴向接触压力进行了分析, 探讨了结构、材料、初装配条件在Kalsi密封应用中的作用, 为深入开展理论研究和进行密封圈的研制奠定了基础。

非接触式端面密封流体动压效应的研究进展

非接触式端面密封运行稳定,端面之间无直接摩擦,能使密封寿命大大延长,作为各种旋转机械的轴端密封有着广泛的应用前景,对于深井、超深井钻探钻具的运行和钻井效率有着重要意义。非接触式端面密封以在端面进行构型设计的方式产生动压效应,提高密封的承载能力。本文阐述端面表面沟槽形状、端面变形、温粘效应和空化效应对端面密封的流体动压效应产生的影响,归纳总结流体动压效应理论、实验和应用的研究现状,并展望未来非接触式端面密封的发展方向。

斜直线槽液膜润滑端面密封流体动压特性

为进一步探索斜直线槽液膜密封性能变化规律,基于质量守恒空化边界及定义液膜密度比,建立斜直线槽液膜密封流体动压润滑模型,采用有限差分法离散控制方程并求解,对比分析液膜空化理论值与实验值,验证计算准确性,研究操作工况、物性参数和膜厚槽深比对斜直线槽液膜密封流体动压特性影响。结果表明:相比较小倾斜角,较大倾斜角的斜线槽密封有效提升液膜承载能力、增大泄漏量并降低液膜空化率;不同倾斜角时,提高转速或增大压差,均可提升液膜承载能力、增大泄漏量,但两者反向影响液膜空化率;增大介质黏度或减小膜厚槽深比,虽均可提升承载能力、促生液膜空化并降低泄漏量,但其影响规律不尽相同。

核主泵用流体动压型机械密封耦合模型与性能分析

以某型核主泵用流体动压型机械密封为对象,考虑密封环组件的接触和密封端面的流固耦合作用,建立了密封组件三维多场耦合模型,结合有限差分法和有限单元法,采用数值迭代技术进行了耦合场的计算.研究了高压下密封端面变形的特点和规律,分析了密封压力对密封性能的影响作用.结果表明:密封环端面产生径向收敛锥度和周向波度,高压侧密封深槽对密封端面周向波度的生成起重要作用,密封端面锥度的形成与密封环宏观结构密切相关.随密封压力的增大,密封端面收敛锥度和波度均增大,密封泄漏率增加,而端面摩擦系数减小.为在高压下形成较大的波度,建议将动压深槽加工在软质密封环端面上.

圆弧槽流体动压型机械密封的性能研究

以核主泵用圆弧槽流体动压机械密封为研究对象,建立了端面液膜压力控制方程,应用有限元法分析了稳态工况下圆弧槽几何结构参数对密封性能参数的影响,以在较高液膜刚度条件下获得较低泄漏量为几何参数的优化准则,得到了密封具有优良综合性能的几何参数优选范围。结果表明:当槽深比为2.0～6.0,槽数为8～24,槽宽范围在0.75mm至端面外内半径之差的1/2,圆弧槽内半径小于和等于时端面外内半径之差的1/2时,密封具有优良综合工作性能。

流体动压柔性径向密封技术的研究与应用

环形柔性径向密封具有占用空间小、适应振动冲击工况、制造装配容易等优点,但长期以来仅限用于低速、低压的动密封场合,而且密封寿命较短。流体动压柔性径向密封则是在保持常规柔性径向密封优点的基础上,利用流体动压效应研制出来的新型径向流体动密封结构,它的出现使得柔性径向密封件的工作寿命有了大幅度提高,并且提高了密封面间的相对运动速度和密封腔室内外的工作压差。分别从流体动压油封、流体动压挤压型密封两方面介绍了流体动压柔性径向密封技术及其相应的研究与应用情况,并在对密封机理及已有研究方法进行阐述的基础上,提出了更为可行的"软弹流"数值迭代研究方法。国外的工程实际应用表明,流体动压柔性密封技术是一种高性能的密封新技术,它使得挤压型橡胶密封圈的最大密封压力和最大工作线速度分别高达35.0MPa、3.5m/s,而且特别适用于要求结构空间紧凑、磨砺性较强的恶劣工况场合,值得在国内橡塑密封件行业大力推广。

镶嵌式直线深槽流体动压型机械密封性能研究

以端面开有直线深槽的镶嵌式密封结构为分析对象,建立了密封环与润滑液膜间的流固力耦合模型,采用有限差分和有限元法分别求解润滑方程和变形方程,研究了密封压力和转速对润滑液膜的影响规律,分析了操作参数对密封性能的影响。研究结果表明,由于直线深槽作用,密封端面形成了一定的波度和锥度,波度随着压力的升高而变大,但锥度增幅不是很明显,而对波度的变化影响较大。密封端面的波度和锥度随转速的变化不大。密封压力升高时,密封端面间的泄漏率增大,摩擦系数相应地减小;密封转速增大时,密封端面间的泄漏率变化不是很明显,而摩擦系数相应的增大。

流体动压径向橡胶密封圈的密封特性研究

基于矩形断面密封圈这一简化模型 ,首次推导了具体的润滑方程和弹性变形方程 ,运用迭代算法计算了油膜厚度和油膜压力分布 ,并讨论了几个密封系统参数对油膜厚度的影响 ,对于得到预期的弹流润滑效果具有指导意义。

核主泵用流体动压密封环复杂形面超精密磨削

提出采用回转台带动密封环回转和杯形砂轮端面切入磨削来加工核主泵用流体动压密封环复杂形面新方法,其原理为选择适当的砂轮半径、砂轮俯仰角、砂轮侧偏角、砂轮与回转台中心距使磨削接触弧线是密封环波纹面上且以其内、外周边为边界的一条曲线的精确逼近,联动控制回转台转动和砂轮或回转台的同步跟随运动使磨削接触弧线一端点在波纹面外周边上进而通过磨削接触弧线扫掠运动形成高精度波纹面,在砂轮轴线与回转台轴线平行时磨削密封坝面。其实现策略是采用细粒度金刚石杯形砂轮做恒定切削深度微进给切入磨削。其优点是砂轮磨损对磨削精度没有影响,面形精度取决于回转台的回转运动和砂轮或回转台的同步跟随运动精度,能够实现核主泵用流体动压密封环复杂形面的高面形精度、低表面粗糙度加工。

周向斜面台阶螺旋槽液膜密封流体动压性能

为降低密封面间液体流动发散区液膜压力损失及提高密封性能,在矩形截面螺旋槽中引入周向斜面台阶结构并建立物理模型。基于JFO空化边界,探讨了不同槽深时,斜面转角比对液膜压力、降低空穴发生及流体动压性能的影响。结果表明:当斜面转角比小于1/30时,下游泵送或上游泵送液膜密封的周向膜压或螺旋线方向膜压均得到迅速提升而空化面积比迅速降低,尤其是上游泵送密封;随斜面转角比增大,空化面积比先增大后减小,空穴区中液膜开始破裂位置前缘压力呈增加趋势,而液膜重生成位置后缘压力反之。槽深的增加有助于提升液膜压力和降低空化面积比,当槽深为8～12μm,在斜面转角比为0.1～0.3时,两类型液膜密封承载能力均可达到最大值,前者最大增幅约13.5%,后者约28%;摩擦扭矩最大增幅约4.6%,增幅较小;泄漏量随斜面转角比的变化规律与承载能力相似。

流体动压径向密封及其在石油机械中的应用

常规径向动密封干摩擦时磨损快且发热严重 ;边界摩擦时会出现物理化学吸附膜 ,从而导致密封失效。为此 ,介绍应用流体动压效应研制的新型流体动压径向密封的机理及其发展历程。在 5种典型石油矿场机械中的应用情况表明 ,流体动压径向密封的最高密封压力达5 2 5MPa ,最高工作转速达 6 0 0r/min ,特别适用于结构空间有限、磨砺性较强的恶劣工作场合 。

高压锅炉给水泵流体动压机械密封的研究

针对高温高压锅炉给水泵的机械密封端面容易出现磨损或烧损的问题进行分析和研究。阐述流体动压机械密封的工作原理、密封辅助系统的优选以及对高温高压机械密封和换热器的精确设计计算。实践结果表明该高压热水泵流体动压机械密封使用情况良好,并广泛应用于高压热水泵的实际生产中。

磁流体动压密封磁场发生器的设计及性能研究

磁流体黏度可随外部磁场强度发生变化,故可将其作为非接触式机械密封端面的润滑介质,通过改变外部磁场强度来实现磁流体膜动压性能的控制。为提高磁流体动压机械密封的密封性能,设计一种磁场发生器,该磁场发生器可通过改变电流来调节磁流体膜的黏度,从而产生不同的动压,实现对流体膜动压效应的控制。采用数值分析的方法,对由动环、静环、磁流体膜及磁场发生器组成的导磁结构的磁场进行分析,获得导磁结构中磁力线、磁场强度、磁感应强度分布规律。研究发现,导磁结构中的磁力线几乎全部穿过密封环端面,该处的磁场强度达到最高水平;磁力线在垂直于密封端面方向上有一定的磁场梯度,且磁流体膜中的磁场强度与磁场发生器的电流强度成正比。

基于等效模型的流体动压指尖密封动力学及泄漏量分析

流体动压指尖密封系统因其结构和工况条件的复杂,无法完整描述其动力学特性和泄漏性能。针对这一情况,通过有限元仿真试验,分析流体动压指尖密封系统动力学参数与指尖密封结构工况参数之间的关系,在此基础上建立等效流体动压指尖密封系统弹簧-质量-阻尼的双自由度动力学模型,实现流体动压指尖密封的动力学和泄漏性能分析。研究结果表明,只要合理选择结构和工况参数,就可以获得具有良好动力学和泄漏性能的流体动压指尖密封系统。所提出的等效动力学模型为以后进一步研究流体动压指尖密封这一复杂系统提供了有价值的思路和条件。通过与国外数据的对比,证明该等效动力学模型的可靠性和提出该模型的必要性。

变截面旋转流体动压密封油膜厚度的近似计算

变截面旋转流体动压密封用于磨砺、高压、高频冲击及振动等密封环境,具有良好的密封性能。其油膜厚度是一个非常重要的参数,一方面油膜必须足够厚以保持橡胶圈和轴不直接接触,另一方面油膜厚度要尽量薄,确保密封不漏失。推导出油膜厚度计算公式,在应用有限元软件ANSYS求解橡胶圈接触压力和流体域速度的基础上,近似求解出油膜厚度。

流体动压密封设计

基于有限元Matlab软件平台对流体动压密封进行了计算机数值仿真分析与计算,研究了流体动压密封动环对数螺旋槽半径和螺旋角与流体动压密封开启力和泄漏量之间的关系,得出了流体动压密封设计准则;通过激光打标工艺试验得出了激光打标刻蚀对数螺旋槽的工艺规范,采用该工艺规范加工出的对数螺旋槽动环满足设计要求。流体动压密封介质运转试验结果表明:流体动压密封有限元Matlab计算机数值仿真分析与计算是合理的,流体动压密封设计和工艺规范是正确和有效的。

圆弧深槽热流体动压机械密封理论研究

提出了用于密封低粘度介质的高参数深槽热流体动压机械密封的数值计算方法，该方法综合考虑了密封环的变形、密封环的热传导、端面摩擦生热和端面液膜压力分布的相互作用，并对圆弧槽热流体动压机械密封进行了三维有限元计算，得出的密封特性与E．Mayer的试验结果在规律上一致。

基于模糊评价的人字槽流体动压指尖密封结构参数灵敏度分析

建立人字槽流体动压指尖密封三维流固耦合分析模型,基于ANSYS-CFX软件计算密封的泄漏率和气膜承载力。采用正交试验方法确定密封性能仿真试验方案,针对多指标正交仿真试验结果,采用模糊评价方法建立人字槽流体动压指尖密封性能指标的满意度函数,并运用模糊向量单值化法形成多指标综合满意度。根据综合满意度进行直观分析,得到人字槽流体动压指尖密封结构参数对其性能影响的灵敏程度。结果表明,指尖梁宽度角、动压靴轴向长度和密封片厚度对密封性能影响较大,在结构优化设计中应优先考虑。