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大直径双浮动端面密封结构多目标优化设计

流体机械 2024年第5期52卷 25-31,39页

作者：谢星王永乐李凤成丁思云沈宗沼合肥通用机械研究院有限公司合肥230031 通用机械关键核心基础件创新中心(安徽)有限公司合肥230031 合肥通用环境控制技术有限责任公司合肥230031

针对缺乏直径大于600 mm浮动端面密封环结构参数选取标准的问题,建立了密封橡胶O形圈二维轴对称非线性接触模型;结合试验设计、有限元计算、响应面模型、多目标优化算法与优劣解距离决策方法,以密封环最大变形量和端面比压为目标,开展... 详细信息

针对缺乏直径大于600 mm浮动端面密封环结构参数选取标准的问题,建立了密封橡胶O形圈二维轴对称非线性接触模型;结合试验设计、有限元计算、响应面模型、多目标优化算法与优劣解距离决策方法,以密封环最大变形量和端面比压为目标,开展了不同结构双浮动端面密封优化设计研究;分析了密封环结构参数对其端面比压与变形量的影响规律。结果表明:密封环锥面最小半径R_(min)与锥面角 β 越大,密封端面比压越大;R_(min)与 β 越大,安装间隙A越小,密封环变形量越大。影响端面比压的主因素为R_(min)与 β,影响变形量的主因素为R_(min)。浮动环最优结构参数为:R_(min)=381 mm,β=23°,A=18 mm,相应的密封环端面比压为0.49 MPa,最大变形量为12.11 μm。经过静压和运转密封性能测试试验,设计的双浮动端面密封无泄漏,表明优化设计方法有效可行。

关键词：双浮动端面密封结构设计多目标优化变形量端面比压

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超高转速机械密封热力耦合变形分析

润滑与密封 2024年第8期49卷 175-181页

作者：谢星王永乐丁思云李香梁彦兵彭骞合肥通用机械研究院有限公司安徽合肥230031 通用机械关键核心基础件创新中心(安徽)有限公司安徽合肥230031 合肥通用环境控制技术有限责任公司安徽合肥230031

针对超高转速机械密封热力耦合变形问题,建立机械密封环三维结构模型,根据实际运行工况与经验计算公式确定密封环热载荷与力载荷边界条件。采用有限元方法,开展常温与高温工况下密封环温度与变形场计算,分析不同转速与冷却水压力下密封... 详细信息

针对超高转速机械密封热力耦合变形问题,建立机械密封环三维结构模型,根据实际运行工况与经验计算公式确定密封环热载荷与力载荷边界条件。采用有限元方法,开展常温与高温工况下密封环温度与变形场计算,分析不同转速与冷却水压力下密封环端面最高温度与最大轴向变形量变化。结果表明:常温工况下,密封环温度分布受端面摩擦热影响,密封端面最高温度为220℃,密封环变形量较小,且端面最高温度和轴向变形量随着转速的增大而增大;高温工况下,密封环温度分布受端面摩擦热和高温介质传热影响,密封端面最高温度为746℃,密封环变形量大,且端面最高温度随着转速的增大而增大,最大轴向变形量随着转速的增大而减小;内静环端面最大轴向变形量随冷却水压力的增加呈先减小后增大。

关键词：机械密封超高转速有限元计算热力耦合变形分析

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不同材料配副机械密封对密封介质适应性研究

液压气动与密封 2024年第8期44卷 8-12页

作者：姚黎明李香郑国运丁思云刘杰合肥通用机械研究院有限公司机械工业机械密封工程技术研究中心安徽合肥230031 合肥通用环境控制技术有限责任公司安徽合肥230031

针对某双端面机械密封,分析了硬质合金配对碳石墨、硬质合金配对碳化硅两种组对方式在不同温度的清水和液压油中的温度场,结果显示:冲洗液为水时,冲洗流量增大,密封环温升下降不明显,冲洗液为油时,冲洗流量增大,密封环温升下降较大;液... 详细信息

针对某双端面机械密封,分析了硬质合金配对碳石墨、硬质合金配对碳化硅两种组对方式在不同温度的清水和液压油中的温度场,结果显示:冲洗液为水时,冲洗流量增大,密封环温升下降不明显,冲洗液为油时,冲洗流量增大,密封环温升下降较大;液压油作为冲洗液时密封端面最高温度较水作为冲洗液时最高温度高25~42℃;采用水作为冲洗液时,冲洗液在不同温度下密封环最高温升都在11℃左右,合理控制冲洗液温度可有效解决密封环端面温升问题;采用液压油作为冲洗液时,密封环端面温升在33~54℃之间,单纯控制冲洗液温度和流量都不能有效降低密封环温升,在此工况下硬质合金和碳化硅组对性能更优。

关键词：机械密封摩擦副温度场冲洗液

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双浮动密封橡胶O形圈接触应力分析

润滑与密封 2022年第7期47卷 183-188页

作者：王永乐谢星李香沈宗沼丁思云合肥通用机械研究院有限公司安徽合肥230031

针对双浮动密封橡胶O形圈接触过程应力的变化,建立双浮动密封二维轴对称非线性接触模型;利用有限元方法对O形圈进行应力计算,分析O形圈在不同压缩率、不同浮封座和浮动环的斜面角度及不同摩擦因数下的应力变化情况。结果表明:橡胶O形圈... 详细信息

针对双浮动密封橡胶O形圈接触过程应力的变化,建立双浮动密封二维轴对称非线性接触模型;利用有限元方法对O形圈进行应力计算,分析O形圈在不同压缩率、不同浮封座和浮动环的斜面角度及不同摩擦因数下的应力变化情况。结果表明:橡胶O形圈各应力最大值随压缩率的增加呈线性增大,O形圈内高应力分布区域随压缩率的增加而增大,并由接触部位附近向其中间位置扩散;摩擦因数对O形圈各应力影响很小,而浮封座和浮动环的斜面角度对O形圈等效应力和接触压力影响较大;随着浮封座斜面角的增加,等效应力总体趋于减小,接触压力先减小后缓慢增加,而剪切应力整体变化较小;随着浮动环斜面角的增加,等效应力、接触压力呈递增趋势,剪切应力曲线上下波动,但整体变化不明显。确定双浮动密封浮封座和浮动环斜面角度最优值,为双浮动密封结构设计提供了指导。

关键词：双浮动密封橡胶O形圈非线性有限元分析接触应力

混流式水轮机内部流场三维紊流数值计算与性能分析

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混流式水轮机内部流场三维紊流数值计算与性能分析

作者：丁思云兰州理工大学

学位级别：硕士

随着叶片式水力机械的不断发展，工程上对混流式水轮机的三大综合性能指标——效率、空化性能和稳定性提出了更高的要求。从国内外在高性能水轮机设计上所取得的成就来看，采用水力机械内部流场的CFD数值计算技术来获得准确详细的过流... 详细信息

随着叶片式水力机械的不断发展，工程上对混流式水轮机的三大综合性能指标——效率、空化性能和稳定性提出了更高的要求。从国内外在高性能水轮机设计上所取得的成就来看，采用水力机械内部流场的CFD数值计算技术来获得准确详细的过流部件内部的综合特性，为研究水轮机水力性能及稳定性提供理论基础，是成功设计高性能水轮机的重要保证，也是对现有的水轮机进行优化改型的有效手段。针对传统方法设计水轮机叶片时，获得的轴面截线和截线交点疏密不均、个数不等、不利于叶片木模的计算和绘形的缺点，文中利用叶片叶型骨线数值生成叶片木模图，使新的木模图能够更好的体现设计要求和符合实际转轮叶片的形状，并能满足进一步的水力和机械分析以及数控机床制作模型叶片的需要，对水轮机的整体设计具有参考价值。在该方法的基础上设计出了低比转速HL95型水轮机。为研究水轮机水力性能及稳定性，文中针对设计的低比转速HL95型水轮机进行了全流道三维紊流数值模拟计算。通过对水轮机典型工况点的详细计算分析，可以看出：各过流部件的设计符合设计要求;同时在最优工况下，尾水管没有明显的偏心涡带，在大流量工况下，尾水管直锥段内有与旋转方向相反的涡带;在小流量工况下，尾水管直锥段内有与旋转方向相同的涡带。对各过流部件水力性能分析，可以得出：引水部件的水力损失随导叶开度的减小而减小;最优工况点转轮水力损失最小，同时空化系数的计算值随着导叶开度的增加而增大;尾水管内的水力损失，在大流量工况，损失主要在肘管部位，在小流量工况，损失主要发生在直锥段部位。文中结合经验公式，利用FLUENT中的UDF功能，通过编制程序，实现了泥沙对水轮机过流部件的磨损强度分析。通过最优工况的固液两相流计算，上冠和工作面进口边处磨蚀较为严重，而转轮内固相速度最高的区域是工作面靠近进口的地方，固相浓度最高的地方是工作面靠近出口边和下环的地方。另外计算结果表明靠近叶片的区域泥沙浓度的变化梯度大。

关键词：混流式水轮机性能预估数值模拟非结构网格 k-ε湍流模型自定义函数

海洋平台油气混输泵轴端密封改进设计与试验研究

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润滑与密封 2023年第11期48卷 181-186,216页

作者：沈宗沼彭骞丁思云蔡粤华姚黎明吴兆山李鲲合肥通用机械研究院有限公司安徽合肥230031 机械工业机械密封工程技术研究中心安徽合肥230031

针对某海洋平台油气混输泵轴端机械密封在运行过程中存在的失效问题,分析其产生的原因,并对其结构进行改进设计。对改进后机械密封进行实验室台架性能试验,分析不同弹簧比压条件下密封性能随压力的变化和密封端面磨损状况,以及不同端面... 详细信息

针对某海洋平台油气混输泵轴端机械密封在运行过程中存在的失效问题,分析其产生的原因,并对其结构进行改进设计。对改进后机械密封进行实验室台架性能试验,分析不同弹簧比压条件下密封性能随压力的变化和密封端面磨损状况,以及不同端面设计宽度下密封性能随压力和转速的变化。结果表明:减小弹簧比压能略微降低密封端面摩擦功率,但会增大泄漏风险;减小端面宽度能有效提升润滑不良条件下的端面密封性能。确定密封优选设计参数,并对密封样机进行100 h型式试验。试验结果表明,改进后密封端面摩擦功率基本稳定,波动较小,泄漏量满足标准指标要求,验证了该密封结构改进的合理性、优选设计参数的有效性和运行工况的适应性。

关键词：油气混输泵海洋平台机械密封密封性能轴端密封

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高温介质机械密封性能测试系统研制

润滑与密封 2022年第1期47卷 167-171页

作者：沈宗沼蔡粤华李香杨博峰姚黎明李文建丁思云合肥通用机械研究院有限公司安徽合肥230031

针对石油化工等行业对高温介质机械密封产品的质量评价要求,研制高温介质机械密封性能测试装置及系统。该装置主轴采用悬臂设计,密封腔独立支撑,结构简单,便于安装密封;系统内高温介质采用强制循环,最高运行温度为400℃,并进行精确控制... 详细信息

针对石油化工等行业对高温介质机械密封产品的质量评价要求,研制高温介质机械密封性能测试装置及系统。该装置主轴采用悬臂设计,密封腔独立支撑,结构简单,便于安装密封;系统内高温介质采用强制循环,最高运行温度为400℃,并进行精确控制使温度趋于稳定。通过理论计算分析和运行试验可知,装置及系统设计安全可靠,运行稳定,完全能满足机械密封行业相关标准和评价规范关于高温试验的要求,为高温介质机械密封产品研发提供测试手段支撑。

关键词：机械密封高温介质测试系统设计分析温度控制

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机械密封可靠性分析

电子产品可靠性与环境试验 2022年第3期40卷 1-6页

作者：朱军华冯嘉珍时钟焦翠娟丁思云工业和信息化部电子第五研究所广东广州511370 合肥通用机械研究院有限公司安徽合肥230031

收集了国内石化领域中压缩机、泵、釜和搅拌器4种应用平台4类机械密封的故障数据415例,通过建立各类机械密封可靠性模型,分析了机械密封在不同应用平台的可靠性水平。研究结果表明:机械密封寿命符合威布尔分布规律,形状参数m=1.12~4.72... 详细信息

收集了国内石化领域中压缩机、泵、釜和搅拌器4种应用平台4类机械密封的故障数据415例,通过建立各类机械密封可靠性模型,分析了机械密封在不同应用平台的可靠性水平。研究结果表明:机械密封寿命符合威布尔分布规律,形状参数m=1.12~4.72,弹簧接触式机械密封在4种应用平台上的平均寿命由小到大依次为搅拌器、压缩机、泵、釜;泵平台的3类密封平均寿命由小到大依次为机械与干气组合密封、液膜密封、弹簧接触式密封。

关键词：机械密封可靠性石油化工威布尔分布

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双吸离心油泵叶轮内流场数值模拟

水泵技术 2006年第4期 32-35页

作者：刘宜李会暖戚洪利丁思云兰州理工大学流体动力与控制学院

以HD400-160×2型石油化工流程泵首级双吸式叶轮的设计参数为依据,建立标准k-ε湍流模型,并通过SIMPL算法进行速度压力耦合对叶轮内部流场进行数值模拟。得出了其压力和速度的分布规律,揭示了其内部流动的主要特征,获得了与实际情况相... 详细信息

以HD400-160×2型石油化工流程泵首级双吸式叶轮的设计参数为依据,建立标准k-ε湍流模型,并通过SIMPL算法进行速度压力耦合对叶轮内部流场进行数值模拟。得出了其压力和速度的分布规律,揭示了其内部流动的主要特征,获得了与实际情况相符的流动细节,由此可以对双吸式叶轮内的流场有定性的认识。

关键词：双吸式离心泵低比速泵叶轮湍流流场两相流数值模拟