超低温弹簧蓄能密封圈动密封性能有限元分析与优化设计

为进一步探究超低温工况下弹簧蓄能密封圈系统的动密封性能,建立弹簧蓄能密封圈系统的等效二维轴对称有限元模型;对密封圈轴向装配以及径向装配2种典型数值装配过程进行模拟、分析与比较,利用稳定装配后的构型计算在常温与超低温下密封圈在不同介质压力下的密封特性,并分析密封圈在不同工况下的动密封特性。基于数值模拟试验结果,对弹簧蓄能密封圈内唇表面结构、底座宽度以及弹簧刚度进行优化,并对3种优化策略进行评估验证。结果表明:在室温与超低温下,轴滑动的摩擦力都随介质压力的增大而增加;在超低温环境下夹套材料由于收缩而增大了对轴的压力,轴滑动时的摩擦力比常温下更大;随着介质压力增大,低温与室温下摩擦力差异减小。提出的3种优化方案都可在对密封性影响较小的前提下减小轴在工作过程中摩擦力,其中蓄能弹簧刚度的优化对于改善密封圈性能最为有效。

三偏心蝶阀热棘轮效应的数值模拟

为了探讨热棘轮效应对三偏心金属硬密封蝶阀密封副热变形及密封性能的影响,先排除了蝶阀发生塑性垮塌失效、密封结构在数次常温与高温交变循环载荷作用下发生疲劳失效的可能性,然后通过ANSYS Workbench有限元分析软件对三偏心蝶阀进行常温与高温交变循环载荷下的热棘轮效应研究,基于Chaboche非线性随动强化模型对三偏心蝶阀进行10次温度循环加载分析。结果表明:高温工况下阀座内环面与阀体外壁面的最大温差约为60℃,温度降低到常温后阀座的最大塑性应变随循环次数的增加出现渐增性塑性累积;10次温度循环后阀座的最大塑性应变为0.02116,阀座在温度循环载荷的作用下发生热棘轮效应;在第5次温度交变循环之后,阀座与密封圈的最大径向变形分别为0.2844 mm和0.2753 mm;阀座的最大径向变形大于密封圈的最大径向变形,阀座的残余变形导致密封面出现间隙,证明三偏心蝶阀出现密封失效现象是由于阀座发生热棘轮效应导致的。对阀体外壁面进行良好保温后,经有限元计算阀座未发生棘轮效应,可见对阀体进行良好保温是避免因阀座发生棘轮效应而出现密封失效的有效手段。该研究结果揭示了蝶阀在数次常温与高温交变循环载荷作用下出现密封失效的原因,并提出相应的防范措施。这对相同工况下的其他类型阀门和压力管道等设备避免发生热棘轮效应具有十分重要的指导意义。

液氧甲烷发动机发展现状

液氧甲烷发动机使用维护便捷、成本低、性能高,是重复使用火箭动力的发展方向。首先,介绍了液氧甲烷发动机的发展情况,包括美国的猛禽发动机和BE-4发动机、俄罗斯的RD-162发动机以及欧洲的普罗米修斯发动机等;总结了中国在液氧甲烷发动机领域的研究工作;介绍了蓝箭航天80吨级液氧甲烷发动机及200吨级液氧甲烷全流量补燃循环发动机。然后,分析了液化天然气中甲烷含量对液氧甲烷发动机的影响及火箭发动机用液化天然气的优选情况。最后,指出了液氧甲烷发动机的关键技术和发展方向,建议研发大推力重复使用液氧甲烷全流量补燃循环发动机。

针栓喷注器液氧/甲烷推力室设计及试验研究

为了验证针栓喷注器应用于变推力液氧/甲烷推力室的可行性,探索气/液针栓喷注器的燃烧性能,设计了针栓喷注器液氧/甲烷推力室地面试验件并进行了点火试验。推力室通过两轮试验共计7次点火,单次最长点火时间200s,累计515s。结果表明,推力室可以实现液氧/甲烷的可靠点火及稳定燃烧,燃烧效率为0.959~0.979,推力室工作过程平稳,喷注器壳体及针栓的热防护措施可靠,未见烧蚀。

汽车尾气排放问题及节能减排的方法研究

随着我国经济的不断发展,人们生活水平不断提升,汽车便成为了方便人们出行以及各领域开展经贸活动的主要载体。现在我国已经成为世界最大的汽车生产大国以及汽车消费大国,平均每一个家庭至少拥有一台汽车,因此消费者对于汽车的需求,不仅极大的增加了我国交通网络的负担,每年的车祸发生率激增,更重要的是汽车所排放的尾气对我国的空气质量造成了十分严重的破坏,我国现有的汽车尾气控制技术也不成熟,相比国外同行来说差距仍然明显。再加上现阶段我国城市道路交通网络的规划与设计方面并不合理,导致许多城市尤其是一、二线城市经常出现大规模交通拥堵的现象,一旦汽车出现怠速情况,就会极大消耗燃料,给空气质量造成严重的影响。这些燃料的不完全燃烧会产生尾气排放,而产生的颗粒物会直接进入人的呼吸系统,非常容易对人类的身体健康造成威胁产生呼吸道疾病,因此汽车尾气问题如果不能得到有效的解决,就必然多我国绿色可持续发展的战略目标造成很大的阻碍。从现在对于解决上述问题的措施来看具有多样性的特点,例如节能减排措施的实施、新能源汽车的应用与推广等,这些措施都能极大改善人们的生活环境,促进人与自然和谐发展。