基于Workbench的瑞利台阶干气密封流固耦合分析

为了研究瑞利台阶在干气密封中的性能表现,建立了瑞利台阶干气密封计算模型,采用Workbench流-固耦合分析模块对动、静环在整体气膜作用下的受力与变形进行模拟计算,探究了不同工况参数和密封环材料对动、静环的变形及应力影响规律。结果表明:在槽根处的气膜压力最大,形成的动压效应最强,气膜力也较大,故动、静环的最大应力和形变均位于槽根处。在入口压力和旋转速度增大时,气膜力也会随之增大,从而使动、静环的应力值和形变量增大。动环材料相对于静环材料有更高的弹性模量,所以动环的应力变化相对于静环要更大,而较大应力变化有利于抵消流体力耦合引起的变形应力,进而达到减小密封环变形的目的。

分流通道对台阶型篦齿封严性能影响研究

为提高涡轮级间篦齿的封严性能,设计了一种带分流通道的台阶型篦齿封严结构,研究了不同压比与转速下分流通道对篦齿封严泄漏特性和传热特性的影响规律,并与光滑篦齿进行对比。结果表明:在衬套上增设一个分流通道后,处于通道出口处的气流在离心力作用下被卷吸进通道,增强了篦齿的封严效果;分流通道的周向间隙率β越大,封严效果越佳,当周向间隙率β为3时,绝热壁面流量系数为13.47%,绝热壁面风阻温升为48.7 K;分流通道数量增加,篦齿的泄漏加剧;随着压比增加,密封泄漏量增大,分流通道可以引导核心射流回流,故泄漏量增速逐渐变缓而绝热壁面风阻温升增速加剧;当转速从3×10^(3)r/min增加到2.1×10^(4)r/min,气流摩擦耗散加剧,篦齿绝热壁面流量系数逐渐降低,绝热壁面风阻温升逐渐升高,分流通道对高转速下篦齿的封严效果提升显著。

复合运动下冲击活塞杆斯特封磨损寿命预测

磨损是引发密封失效的主要因素之一。针对复合运动的冲击活塞杆斯特封进行磨损寿命预测研究,活塞杆复杂的运动方式导致传统实验方法操作复杂、成本高。基于实际工况建立往复回转密封磨损寿命预测模型,对斯特封密封结构进行有限元分析,得到滑环唇口节点坐标值以及接触压力分布,综合考虑复合运动,模拟唇口轮廓、接触压力和接触长度随磨损时间累加的演化过程,并以密封面接触压力小于最大工作油压作为判断密封圈失效依据,实现斯特封的磨损寿命预测;最后通过实验证明寿命预测的准确性。结果表明:随着磨损时间的累积,磨损速率逐渐减小,最大接触压力表现出先快速降低后缓慢降低的趋势,在该工况下的磨损寿命为64.8~70.2 h。

多级斯特封的密封性能分析

为研究背压影响下的多级斯特封密封性能转变规律,以两级斯特封为例,建立二维轴对称模型,从宏观结构力学角度研究背压对密封性能的影响;考虑粗糙度与空化效应,搭建流固耦合的混合弹流润滑模型,从密封机理角度进一步分析背压产生的原因。实验结果表明:在宏观上,随着背压值增加第一级斯特封接触长度减少且逐渐失去密封效果,接触压力向唇口集中且峰值升高,易疲劳磨损;第二级斯特封的O形圈将压力有效传递至密封环,使接触压力增加且压力峰值外移,摩擦阻力增加。在密封机理上,第一级斯特封的介质外泄、第二级斯特封的介质回流和两级斯特封的净泄漏量差促使背压形成;背压造成内外行程总摩擦力不稳定,设备运行不畅且难以控制。

硅胶泡棉在CTB结构中的密封研究与分析

随着电动汽车的发展,电池与车身一体化(Cell to body,CTB)受到越来越多的主机厂青睐;车身与电池包密封是该技术的难题之一,硅胶泡棉作为CTB密封的首选材料,能够通过压缩充分吸收电池包与车身的制造公差,同时具有硅橡胶优异的耐老化性、耐腐蚀性以及密封性能;但是市面上流行的CTB密封结构都是相对平整的密封面,对存在凹槽、台阶类型的密封面很少研究。本工作探究了硅胶泡棉在车身密封面存在台阶、凹槽以及中间接触面存在凸台情况下的密封效果,当存在贯穿式的台阶和凹槽时,单独通过硅胶泡棉密封达不到IPX7密封等级;可以通过涂胶浸润凹槽或者台阶直角,再用硅胶泡棉进行密封能满足IPX7密封等级;对于接触面中间存在凸台的情况,硅胶泡棉密封可以满足IPX7密封等级,本实验结果可供电池包与车身密封设计者们提供参考。

薄膜复合粘接工艺的PID控制优化分析

为块状物薄膜复合粘接工艺提供精确可靠的控制方案,根据不同薄膜复合粘接工艺进行分析得到电机控制特征,并与传统的控制方法进行控制效率对比,对茶砖薄膜复合粘接的步骤加以确定并使用PLC实现粘接系统控制,通过PID策略分析和MATLAB仿真后,选择得到块状物粘接控制方案,粘接过程中的各阶段的阶跃响应曲线,下料时间有效缩短为其定重时间的80%以上,并缩短原有下料时间25%-34%。通过使用合适的PID控制方案有效地优化了原有粘接工艺,为实际应用于相关生产过程中提供科学的理论支持。

立式物料反应釜出料闸阀密封特性研究

针对D-3400立式物料反应釜出料闸阀在设计阶段密封无法准确分析问题,建立出料闸阀有限元模型,通过多载荷步方式对出料闸阀密封圈的预应力及其工作过程进行动态仿真,分析其在装配后的预应力及负载工况下的变形规律,并利用结构强度及密封比压理论,验证了密封圈的结构强度及密封可靠性。分析结果表明,出料闸阀密封圈的最大等效应力小于材料的许用应力,满足强度要求;密封圈与闸阀阀座之间的关键接触对,其实际密封比压小于密封许用比压且大于密封必需比压,密封可靠;通过中试机构在设计工况下的保压试验证明,D-3400立式物料反应釜出料闸阀密封结构满足设计要求。

基于MS功能的超高压2K型斯特封有限元分析

利用ABAQUS软件的Map Solution(MS)功能对2K型斯特封进行有限元仿真分析,该功能通过重启动分析和网格重构技术,解决了由网格畸变引起计算中断的问题,得到超高压工况下的收敛解。根据流体压力14、28、35、42、56 MPa下斯特封内、外行程的应力应变云图和密封面接触压力分布曲线,研究流体压力对密封件主应力、主应变和接触压力分布的影响规律;同时对比未使用MS功能的高压工况(35 MPa)下仿真结果,验证了MS功能分析网格大变形问题的可靠性。结果表明:在超高压工况下,斯特封的最大主应力集中分布于空气侧PTFE阶梯形环与活塞沟槽、缸筒的接触区域,最大主应变出现在PTFE阶梯形密封环的卸荷角处;随着油液压力的增加,接触压力分布曲线趋势发生明显变化,空气侧的接触压力梯度减小;在相同流体压力下,外行程时密封面接触宽度大于内行程的接触宽度。

阶梯式自密封余热回收系统在烧结工序的应用

阶梯式自密封余热回收系统采用内外双烟道烟罩及阶梯回收技术,具有高效回收和降尘环保的特点。中南股份烧结工序通过技术改造,淘汰原来的单烟道烟罩回收系统,采用阶梯式自密封余热回收系统,收到了良好的余热回收效果。文章介绍了阶梯式自密封余热回收系统的原理、项目的改造内容及改造效果。

高低齿迷宫式汽封泄漏流动特性研究

针对汽轮机高低齿迷宫式隔板汽封的复杂结构和轴的旋转效应,采用数值求解三维Navier-Stokes方程技术研究其泄漏流动特性。采用有限体积方法离散Navier-Stokes方程和标准k-ε两方程紊流模型封闭方程组。数值求解方法采用SIMPLE算法,迎风二阶格式求解对流项,迎风一阶格式求解扩散项。研究分析了在相同汽封轴向距离和汽封间隙条件下,三种不同齿数的高低齿迷宫式隔板汽封在不同压比下的泄漏流动特性,并计算了相应的量纲一流量系数。数值模拟结果证明了在相同压比和汽封轴向距离条件下齿数减小会造成泄漏量增加,在相同的齿数条件下,量纲一流量系数随着压比增加而增大。研究工作为工程设计高低齿迷宫式汽封提供了理论依据和技术支撑。

高低齿汽封与蜂窝汽封及孔式阻尼汽封密封性能的比较

使用商用CFD软件Fluent对高低齿汽封、蜂窝汽封及孔式阻尼汽封进行了三维数值模拟,得到三种汽封在不同压比、轴转速和汽封相对间隙时的密封性能,并将高低齿汽封和蜂窝汽封计算值与试验数据进行了对比.结果表明:高低齿汽封流量系数随压比增大而增大,随转速加快而略有减小,随相对间隙的增大而减小;蜂窝汽封与孔式阻尼汽封的流量系数均随压比增大而减小,随转速加快而略有减小,基本呈直线变化规律,随相对间隙的增大而增大;在相同的条件下,蜂窝汽封的漏汽量比高低齿汽封的漏气量减少10%,而孔式阻尼汽封的漏汽量比蜂窝汽封漏汽量减少6%.

篦齿结构对封严特性的影响

根据旋转机械中常见的篦齿密封结构设计直通型和台阶型2组篦齿密封实验模型,实验研究篦齿密封的封严特性。通过实验和数值方法比较不同进出口压比和节流间隙下2组篦齿密封的封严特性,研究台阶篦齿与衬套轴向相对位置对封严特性的影响,探究篦齿内部沿程压力分布情况。研究结果表明:在密封长度相同的条件下,台阶齿泄漏系数比直通齿降低了约45%;台阶齿对节流间隙变化的敏感性要低于直通齿,表明台阶型篦齿性能稳定性优于直通齿;低压比时泄漏量受台阶篦齿与衬套轴向相对位置的影响很小;在文中条件下当齿尖位于衬套台阶中心位置时,篦齿密封的泄漏量最大;直通型和台阶型篦齿沿程压力系数的分布基本相同,都近似线性降低;与实验结果不同,数值计算结果表明台阶齿在齿尖处存在压力突降,而在齿腔中存在一个压力突峰。

高速旋转的汽轮机隔板密封内流体流动的模拟

采用数值求解粘性Navier-Stokes方程,研究考虑轴旋转效应的汽轮机高低齿迷宫式隔板密封内流体流动特性及其影响因素。采用有限体积方法离散控制方程,紊流模型采用标准k-ε两方程模型进行求解。数值模拟了三种齿间距下不同压比时的高低齿迷宫式隔板密封内部的流场特性,并且计算了相应的无量纲流量系数。计算结果揭示了隔板密封内由于环形腔室和高低齿的作用导致密封内流体的动能有效地耗散为热能,起到了密封的作用。研究结果表明:在相同的几何结构下,压比的增加导致密封泄漏量的减小;在相同的压比条件下,密封的泄漏量随着齿间距的减小而减小。

台阶齿蜂窝衬套封严结构风阻特性的研究

对台阶齿-蜂窝衬套篦齿封严结构的泄漏特性和风阻特性进行数值模拟,得到流体的泄漏特性和风阻特性随转速、压比、节流间隙和蜂窝结构参数的变化规律。结果表明:泄漏流体风阻生热总温升随转速和蜂窝单元直径的增大而增大,随压比和节流间隙的增大而减小;蜂窝深度对风阻生热影响不大,基本可以忽略。

转静态台阶篦齿封严结构泄漏特性的数值研究

运用数值方法研究篦齿盘旋转速度、篦齿与光滑衬套相对轴向位置等对上、下台阶斜齿封严结构的泄漏特性的影响。结果表明采用重整化群k-ε湍流模型和标准壁面函数进行数值计算的结果与实验数据吻合较好;齿形结构参数相同时,上、下台阶篦齿的封严特性相当,泄漏系数比直通齿降低了30%,在不考虑转速和温度变化引起的间隙变化时,台阶篦齿的泄漏系数在高转速下随转速的增加线性下降;篦齿与衬套轴向位置的改变对泄漏特性基本没有影响。

高转速下台阶篦齿流动特性的实验与计算

对航空发动机压气机级间台阶篦齿封严进行了实验与计算研究。在不同压比(1.05~1.3)下,研究了转速(1.5~7.2kr/min)对篦齿的工作间隙变化、泄漏特性、温升特性和旋流特性的影响,并选取典型实验工况进行了数值模拟。研究表明实验结果与数值计算结果符合良好。随转速的增大,工作间隙减小,泄漏流量降低,两者最大降幅在40%左右;较小压比时流量系数微弱降低,较大压比时流量系数微弱增大。系统风阻温升随转速的增大而增大,且转速越大温升越快,最大温升为36K。另外,出口旋转盘腔同一径向位置的旋转比随转速的增大而增大,最大可达0.398;同一转速下,随出口旋转盘腔径向位置的增大,旋转比降低。

台阶篦齿与衬套轴向位置和转速对封严特性影响的实验

设计了上台阶和下台阶篦齿两组实验模型,研究了旋转和静止两种状态下篦齿进出口压比、篦齿与衬套轴向相对位置以及转速对封严特性的影响.结果表明:齿型结构尺寸相同时,上台阶篦齿和下台阶篦齿的封严特性相似,增加篦齿前后腔压比,台阶篦齿的泄漏系数增加;进口总压和总温一定时,齿间压力沿流动方向线性下降;台阶篦齿与台阶衬套的轴向相对位置的改变对台阶篦齿的泄漏量影响不大;低转速时旋转速度对台阶篦齿泄漏影响也不大.

高温高压井特殊螺纹接头的选用与评价试验

介绍了高温高压井的分类。分析了目前高温高压井开发中存在的问题。探讨了高温高压井特殊螺纹接头的选用及测试评价。介绍了壳牌公司在高温高压井测试评价试验方面的成功应用经验。分析认为:应对高温高压井用特殊螺纹接头进行全面的实物测试评价试验,以证明其具有较高的可靠性和适用性;根据使用工况选择适当的接头测试试验级别,并依据ISO 13679∶2002标准制定补充试验评价程序;可借鉴壳牌公司在高温高压井用特殊螺纹接头选用中的经验,使用双级密封结构的特殊螺纹接头。

大间隙聚合型阶梯式磁性液体密封的设计及试验研究

为了解决大间隙条件下磁性液体密封耐压能力低的难题,本文在阶梯式迷宫密封的基础上创造性地提出了一种新型阶梯式磁性液体密封结构。初步设计了一种聚合型阶梯式磁性液体密封结构和一种与其具有相同结构参数的普通磁性液体密封结构,采用试验的方法研究了两种密封结构的密封耐压性能,并对结果进行了分析与比较。结果表明:当轴向密封间隙宽度为0.4 mm且径向密封间隙宽度从0.4增加到0.7 mm时,聚合型阶梯式机油基磁性液体密封性能较普通磁性液体密封耐压性能分别提高了0%,11%,50%和70%;当径向密封间隙高度为0.7 mm且轴向密封间隙宽度从0.4增加到1 mm时,聚合型阶梯式机油基磁性液体密封性能分别提高了70%,50%,80%和20%。大间隙聚合型阶梯式磁性液体密封的耐压性能不仅取决于径向密封间隙的高度,还取决于轴向密封间隙的宽度。

步进电机在制袋式包装机械运动控制中的应用

介绍了自动包装机械中自动控制系统的硬件配置和软件设计,详细讨论了如何改变步进电机的速度,以实现横向封口机构的变速运动。