具有圆度误差的径向金属密封接触应力研究

由于加工圆度误差的影响,井下流量控制阀径向金属密封接触应力分布不均匀,从而影响密封性能。利用有限元方法研究具有圆度误差的径向金属密封唇部接触应力分布,并分析圆度误差对径向金属密封接触应力的影响;基于有限元分析结果提出径向金属密封接触应力分布的理论解析式,并进行误差分析。具有圆度误差的径向金属密封唇部接触应力分布的理论解与数值解相符,各参数引起的最大接触应力的平均相对误差约为10%。根据具有圆度误差的径向金属密封副接触应力的分布规律,提出合理的过盈量函数,修正了径向金属密封轴对称结构的悬臂梁模型的接触应力理论关系式,得出了圆度误差下的径向金属密封接触应力分布规律。研究结果为井下流量控制阀径向金属密封的设计提供了理论指导。

O形圈和矩形圈静密封性能仿真对比研究

基于有限元分析软件Ansys建立O形圈和矩形圈的有限元分析模型,分析对比预安装、介质压力、尺寸公差波动对两种密封圈接触压力和径向力等密封性能参数的影响。结果表明:预安装时,O形圈和矩形圈的接触压力分布差异明显,矩形圈的密封性能参数明显大于O形圈;承受介质压力时,O形圈和矩形圈的密封性能参数均随着介质压力的提高而提高,但矩形圈径向力随着介质压力的提高而提高的速度大于O形圈;尺寸公差波动时,O形圈和矩形圈的密封性能参数均随着尺寸的减小而降低,截面尺寸波动对O形圈和矩形圈密封性能参数的影响远大于内径尺寸波动的影响。

石墨填料摩擦磨损与密封性能试验研究

摩擦磨损与密封性能是评价阀杆填料密封系统的重要指标。基于控制阀整机改造的新型摩擦与气密性填料综合试验系统,通过动态监测阀杆力学变化与填料函泄漏率,考察石墨填料的截面形状与组合方式对填料摩擦特性、磨损特性与密封性能的影响规律。试验研究表明:不同截面形状石墨填料的动态摩擦力水平均低于相同条件下的不同组合方式石墨填料,且阀门向下关闭的摩擦力较打开时更大;随着循环次数增加,试样的启动摩擦力呈下降趋势,而滑动摩擦力出现小幅上升,填料的磨损出现恶化,泄漏率攀升;研究的锥形、V形、菱形3种截面形状中,V形截面的启动摩擦力最小,对执行机构配置要求最低,菱形截面的滑动摩擦力最小,对控制阀位置精度影响最低;两端式和交替式2种石墨填料组合方式中,交替式石墨填料组合通过调整径向应力分布使填料摩擦力下降35%,密封特性得到改善,综合性能得到显著提高。

关于气门油封唇口结构对泄漏量影响的研究

通过计算机辅助工程(CAE)仿真分析,研究单橡胶密封唇结构和多橡胶密封唇结构气门油封在不同气压载荷条件下,主唇口与气门杆接触宽度、径向抱紧力的变化情况。通过气门油封专用泄漏量试验台,测量不同橡胶密封唇结构气门油封在交变气压载荷条件下的泄漏量。通过发动机台架试验,研究匹配不同橡胶密封唇结构气门油封的气门的积碳情况。根据CAE分析结果,具有二道唇和气唇结构的三唇口气门油封,对气压载荷的承载能力最好,主唇口与气门杆接触宽度、径向抱紧力随正负交变气压载荷的变化最小。在0.4 MPa气压载荷条件下,三唇口气门油封主唇口与气门杆接触宽度变化率为0%,径向力减小2.5%;在-0.4 MPa气压载荷条件下,三唇口气门油封主唇口与气门导管接触宽度变化率为0%,径向力增加0.5%。根据泄漏量和发动机台架试验结果,三唇口气门油封泄漏量稳定,不同试样的泄漏量变差可以控制在0.5 mg/h以内,匹配该油封的气门经2 000 h发动机台架试验后,几乎没有积碳。研究结果可以为气门油封的选型和匹配设计提供指导。

穿舱电缆填料函密封结构有限元分析

利用Abaqus软件建立穿舱电缆填料函密封结构的二维轴对称模型,对填料函中填料在安装状态下的变形及力学行为进行有限元分析,分析填料轴向预压缩量、接触面过盈量、接触面摩擦因数对填料函密封性能的影响。结果表明:预压缩量对填料轴向位移、接触面径向位移、径向接触应力的影响程度较大,三者均随着预压缩量的增大而增大;预压缩量一定,接触面过盈量对填料轴向位移影响程度较小,在指定轴向位置处,接触面径向应力随着过盈量的增长呈线性增长;摩擦因数对径向接触应力影响程度较小,随着摩擦因数的增大,径向接触应力略有增长。

径向金属密封唇部结构接触力学研究

由于初始过盈量和介质压力的作用,井下流量控制阀径向金属密封唇部的应力和应变梯度变化很大,很容易发生塑性变形。为研究径向金属密封唇部接触力学行为,提出径向金属密封唇部的圆弧结构,基于接触力学建立径向金属密封唇部轴对称结构的圆弧-平面接触模型,得出径向金属密封唇部结构接触力学参数的理论关系式,并基于有限元方法进行验证。径向金属密封唇部接触力学参数的理论解与数值解相符,接触宽度、最大接触应力、初始过盈量和平均接触应力的平均相对误差分别为8.86%、6.96%、8.88%和4.33%,满足工程设计要求。研究表明:径向金属密封唇部的最大接触应力与初始过盈量、径向金属密封唇部径向厚度和轴向厚度成正比,与径向金属密封唇部圆弧半径成反比,因此可通过增加初始过盈量、径向金属密封唇部径向厚度和轴向厚度来增加径向金属密封唇部的最大接触应力。研究结果为井下流量控制阀径向金属密封的设计提供了理论指导。

水下湿式电连接器密封组件密封性能模拟与分析

利用ANSYS有限元软件建立了水下湿式电连接器橡胶密封组件在工作工况下(最大水深500 m,往复插拔运动)的二维有限元简化模型,模拟分析了不同表面摩擦系数、不同径向压缩量及动静密封状态下密封区域的接触应力分布情况,分别利用经验公式法和雷诺方程分析法计算了泄漏量,对密封组件密封性能进行了定量分析。结果表明:密封区域的接触应力随表面摩擦系数增大而增大,但当表面摩擦系数为0.20时密封区域局部失效;不同径向压缩量情况下瞬时动密封的接触应力均高于静态密封的接触应力;密封组件径向压缩量增大,接触应力也随之增大,但当径向压缩量为1.0 mm时密封区域局部失效。经验公式法和雷诺方程分析法计算的泄漏量均小于规范的最大泄漏量标尺,表明水下湿式电连接器密封组件具有良好的密封性能,但经验公式法比雷诺方程计算的结果相对偏小,主要原因是雷诺方程计算侧重的是接触面的湿摩擦,而经验公式侧重的是接触面的干摩擦。本文研究结果对水下湿式电连接器密封结构设计和相关参数选取有一定的指导意义。

油封唇口静态接触特性的有限元分析

为研究油封唇口和轴表面的静态接触特性,利用Ansys有限元分析软件建立油封二维轴对称有限元模型,获得油封唇口的应力和变形,分析安装过盈量、橡胶弹性模量和油封内径对密封唇口接触压力、接触宽度和径向力等接触特性参数的影响。结果表明,随着安装过盈量增加,唇口接触压力的非对称分布特点越显著,最大接触压力先增加后减少,接触宽度先缓慢增加后快速增加,径向力呈近似线性增加的变化规律;过盈量一定时,随着橡胶弹性模量提高,唇口接触特性参数增大;随着油封内径增大,唇口接触特性参数减小。

发动机曲轴油封结构参数对唇口接触性能的影响

为研究结构参数对发动机曲轴无簧油封唇口接触性能的影响,利用ANSYS软件建立了油封的轴对称有限元分析模型,计算分析了油封唇口腰厚、腰长、空气侧角度、圆角半径和过盈量等结构参数对唇口径向力和接触宽度的影响,结果表明:径向力随腰厚、唇口圆角半径和过盈量的增加分别呈非线性和近似线性增加,随腰长的增加而非线性减小,随空气侧角度的增加而呈先快速减小后缓慢增加的变化趋势;接触宽度随腰厚、唇口圆角半径和过盈量的增加呈非线性增加,随腰长和空气侧角度的增加而非线性减小。

水压径向柱塞泵密封和传动结构的改进

针对径向柱塞泵密封结构不完善导致的严重泄漏,以及偏心轴驱动时,滚道环与滚子呈线接触,接触应力较大、滚道环容易发生点蚀等问题,提出解决方案和改进措施:用两道组合密封圈解决水泄漏到主轴箱及主轴箱润滑油向外泄漏的问题;采用向心圆柱滚子轴承代替滚道环,同时摆靴与滑柱采用销轴铰接,使轴承外圈与摆靴形成等半径弧面内接触,显著降低了接触应力,改善了传动受力状态,避免了滚道环点蚀问题。

弧形闸门L型水封压缩过程非线性数值模拟

本文分析弧形闸门L型水封预压缩特点,应用超弹性橡胶材料Mooney-Rivlin两参数模型建立该水封压缩过程的数值分析模型,在模型中采用接触单元模拟水封与止水座间接触,通过止水座的相对位移来控制水封的预压缩量。数值模拟结果表明,在预压缩过程中,L型水封与止水座间接触中心位置和接触范围逐渐从水封接触边顶部向其根部移动,而且水封顶部脱离止水座。施加了水压后,水封完全与止水座接触。进一步分析水封与止水座接触力变化过程可以看出,在水封预压缩及施加水压全过程中,接触力主要来源于水压,由预压缩产生的接触力比较小,也就是说,L型水封的启闭摩阻力主要是水压产生的。

基于Ansys的油封径向力分析

采用实验方法测量内骨架油封径向力时受油封规格的限制,且不能在设计前就预测油封径向力的大小。提出油封径向力的有限元分析方法,建立内骨架油封的有限元分析模型。采用限元分析软件Ansys计算了油封的径向力,并将计算结果与油封径向力测量仪测得的数据进行比较,结果证明采用有限元分析方法计算得到的油封径向力与实测结果基本吻合。

阀门阀杆密封填料受力分析与研究

分析了阀门阀杆密封填料及碟簧加载的受力情况,提出了填料密封圈数与碟簧片数的计算方法。

回转窑窑尾密封的安装探讨

回转窑密封安装质量直接影响着密封的使用效果、寿命和回转窑的运转率。安装窑尾密封存在的主要问题是密封处的筒体径向跳动值过大,密封的找正非常困难。作者以轴向迷宫式密封和径向接触式密封为例,介绍了安装技巧和要点。其中,轴向迷宫式密封的安装关键是找准窑尾筒体最凸点,静、动圈及窑尾密封外罩等设施的安装方法;径向接触式密封的安装关键有:遵循合理的安装顺序以及动摩擦圈的安装技术等。

基于正交试验的曲轴油封结构参数研究

为研究发动机曲轴油封结构参数对密封性能的影响,以规格为Φ80×Φ100×8.5的曲轴油封为研究对象,基于正交试验设计原理,结合有限元分析方法,研究结构参数油面唇角(α)、气面唇角(β)、安装过盈量(δ)、弹簧中心到唇口轴向距离(r)、油封腰厚(s)和弹簧劲度系数(k)对唇口平均接触压力(P_(av))和唇口单位周长径向力(F_(r))影响的大小顺序;优化目标为最大P_(av)和最小F_(r),得到最优结构参数组合。结果表明:结构参数对P_(av)和Fr影响的大小顺序分别为β,δ,k,s,α,r和k,δ,r,s,β,α;与优化前曲轴油封相比,优化后曲轴油封的P_(av)增大2.61%,Fr减小28.74%,使用寿命显著延长。

某型发动机轴承封严圈设计改进技术研究

针对某型发动机在外场使用和厂内试车时,多次出现轴承封严圈(压气机前轴承封严圈、压气机后轴承封严圈及后封严盒)石墨涂层磨损或剥落,封严能力下降的现象,导致发动机滑油消耗量大的故障进行了分析,提出了设计改进措施,试验结果表明,该改进措施结构可靠、封严效果良好。

卡氏定理在航空发动机轴间密封设计中的应用

利用卡氏定理推导了航空发动机轴间径向-端面接触式密封环上三种作用力(切口处端头切向作用力、距切口90°位置的直径方向作用力和整个圆周弧长上的均布载荷)及其引起的端头位移。研究发现,径向-端面接触式密封环安装后单位周长弹力与直径方向弹力的关系与文献给出的计算方法有差异,主要原因是航空发动机轴间径向-密封环所用材料为碳石墨,其弹性模量较低,较小的端头切向作用力也可引起较大的端头位移。为此,在加工、装配、分解检查过程中,应避免使用压缩空气吹除轴间径向-端面密封环表面的磨损碎屑以及其他异物。

新型海底管道连接器密封性能的优化

为了改善新型海底管道连接器的密封性能,给出了一种连接器关键结构参数的优化方法.论述了连接器的结构形式和工作原理,建立了以连接器接触压力方差最小化和最大塑性应变最小化为目标的多目标优化模型,运用径向基函数法建立了目标函数、约束变量与设计变量之间的数学模型,给出了连接器关键设计变量的确定方法,推导了临界接触压力均值的表达式.以某连接器为例,计算得到临界接触压力均值为370MPa,给出了影响密封性能的重要结构参数偏距与过盈量的优化方法,优化结果与有限元结果基本相同.最后对优化前后的连接器进行了对比实验,结果表明:优化后的连接器具有较高的承受内压与外载荷的能力,连接器的密封性能得到明显提高.