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冲击螺杆钻具动密封密封性能及磨损仿真研究

冲击螺杆钻具动密封密封性能及磨损仿真研究

作者：敬洋西南石油大学

学位级别：硕士

在石油钻井中,由于井下动密封件工作环境极其恶劣,密封圈泄漏、提前失效时有发生,所以有必要对动密封圈的动密封特性进行精确分析,为密封圈的优化设计打好基础。本文首先分析了多工况、变设计因素对O圈、滑环式组合密封的密封特性影响规... 详细信息

在石油钻井中,由于井下动密封件工作环境极其恶劣,密封圈泄漏、提前失效时有发生,所以有必要对动密封圈的动密封特性进行精确分析,为密封圈的优化设计打好基础。本文首先分析了多工况、变设计因素对O圈、滑环式组合密封的密封特性影响规律,总结出了相关结论;其次,由于在钻井液中存在如岩屑等杂质,而在密封面开槽可以对密封系统进行保护,所以分析了开槽对组合密封动密封性能的影响规律;最后,在冲击式螺杆钻具的使用中,由于密封圈承受轴的高速旋转及往复运动,磨损异常剧烈,所以还对磨损的动密封圈进行了力学分析。基于以上阐述,本文主要围绕以下几个方面的进行了研究:(1)整体密封设计及有限元建模:首先对冲击螺杆钻具进行整体密封设计,并对O圈及滑环式组合密封圈进行密封机理分析。其次对有限元法及橡胶本构模型的相关理论做出简要介绍,并为O圈及滑环式组合密封圈进行了有限元建模,并验证了有限元模型的可靠性。最后提出了适用于计算滑环真实最大接触压力的有效接触压力计算方法。(2)O圈动密封密封特性研究:模拟实际工况,分别对影响O圈动密封性能的轴往复速度、转速、介质压力、压缩量、摩擦因数等进行了研究,分析了主密封面上的接触压力及Mises应力情况。结果表明当O圈有较大变形时,摩擦因数的改变对最大接触压力及应力影响很大,变往复速度、变转速对最大接触压力及应力的影响相对较小,加挡圈对最大接触压力值影响不大,但可改善O圈在运动中由变形引起的应力过高问题。(3)滑环式组合密封圈动密封密封特性研究:分别对影响组合密封圈动密封性能的轴往复速度、转速、介质压力、压缩量、滑环厚度以及滑环过盈量、滑环曲率进行了研究,并利用有效接触压力计算方法分析了滑环主密封面上的有效接触压力及Mises应力情况。结果表明过大的转速及往复速度会影响密封性能的稳定性,并使滑环的应力升高;选择较小的过盈量对有效接触压力影响不大,但可以有效减小其应力值。(4)滑环开槽对其动密封性能的影响规律分析:对滑环主密封面进行了开槽设计,研究了滑环开槽对组合密封圈密封性能的影响规律。结果表明单槽的有效接触压力能够满足实际中的密封需求,V槽滑环的有效接触压力基本大于圆槽滑环。(5)磨损动密封圈密封特性的影响规律评价:模拟实际工况,分析磨损动密封圈密封性能的影响规律。结果表明磨损O圈在工作中出现严重的应力集中现象,降低了密封可靠性;总体上磨损的组合密封圈相比磨损O圈的密封可靠性更高,磨损对O圈的密封可靠性影响更为严重。本文通过以上理论分析、数值模拟,为冲击螺杆钻具动密封设计优化及高速高压动密封的设计优化提供了参考与指导。

关键词：冲击式螺杆钻具动密封 0圈滑环式组合密封开槽磨损数值模拟

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基于TEHL理论的液压动密封性能的研究

基于TEHL理论的液压动密封性能的研究

作者：钟凯超哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

密封失效是制约电液摆动马达在高压高速环境下正常工作的重要因素。由于动密封是一个极其复杂的过程且在研究过程中常存在收敛难等问题,目前国内外对该领域的研究仍然较少。随着液压系统向着高压高速化的方向发展,实现动密封高压高速化... 详细信息

密封失效是制约电液摆动马达在高压高速环境下正常工作的重要因素。由于动密封是一个极其复杂的过程且在研究过程中常存在收敛难等问题,目前国内外对该领域的研究仍然较少。随着液压系统向着高压高速化的方向发展,实现动密封高压高速化成为亟待解决的问题。对动密封机理进行全面的研究能为密封产品的设计提供理论依据,这具有深远的理论意义和实用价值。论文以电液摆动马达动叶片处的组合式密封为例,在对组合式密封机理进行深入研究的基础上,分别建立研究液压动密封性能的数学模型和热流固仿真模型,进而对比分析热效应、粗糙度、工况参数等因素对动密封性能的影响。与以往模型相比,数学模型由二维模型拓展为更接近实际情况的三维模型,并就热效应等因素对动密封性能的影响进行了更深入的研究。论文的主要内容如下:首先,建立研究动密封性能的数学模型。在对组合式密封中的O型橡胶圈的密封机理进行研究的基础上,将热弹性流体动力润滑(TEHL)理论应用到研究动密封性能的数学模型上。数学模型的控制方程主要包括广义Reynolds方程、能量方程以及油膜厚度方程等。为使数学模型的求解更稳定高效,本文对控制方程进行了无量纲化及离散化处理,从而将方程化为适于数值求解的方程组。其次,动密封数学模型的求解及结果分析。结合TEHL理论,利用多重网格法对数学模型进行求解,从而计算出油膜的厚度、压力、温度以及速度的分布,再求解出体积泄漏量、粘性摩擦力等评价动密封性能的参数,最后分别分析各因素对动密封性能的影响。最后,热流固耦合仿真及综合分析。为进一步验证所建立数学模型的正确性,基于ADINA分别建立与实际情况相符的热流固耦合模型并完成仿真。将仿真结果与数学模型的结果进行对比,并结合相关理论综合分析热效应,工况参数及材料参数等因素对动密封性能的影响。

关键词：动密封密封机理热弹流润滑理论热效应热流固耦合

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飞机作动筒动密封试验系统开发及仿真分析

飞机作动筒动密封试验系统开发及仿真分析

作者：刘奔浙江大学

学位级别：硕士

现代飞机舵面操作系统与动力收放系统中大量采用液压驱动方式,该驱动方式的可靠性和寿命主要与作动筒中动密封件的性能有关,而试验往往是评定动密封件性能的最有效方式,因而非常有必要和意义开发一套相关的试验系统。本文基于我国大飞... 详细信息

现代飞机舵面操作系统与动力收放系统中大量采用液压驱动方式,该驱动方式的可靠性和寿命主要与作动筒中动密封件的性能有关,而试验往往是评定动密封件性能的最有效方式,因而非常有必要和意义开发一套相关的试验系统。本文基于我国大飞机项目,根据飞机作动筒的真实工况和相关的测试要求,设计开发了一套高于目前3000psi额定压力的飞机作动筒动密封试验系统,用于对4000psi压力下的飞机作动筒动密封件开展试验研究工作,主要内容如下：第一章：主要介绍了飞机作动筒动密封试验系统的项目背景,以及国内外相关的研究历史和现状,明确了课题研究的目标和意义,阐述了课题研究内容。第二章：主要介绍了试验系统的考察对象、设计要求和试验流程,通过比较已有不同的测试方案的优缺点,设计并确定了测试系统的总体方案。包括测试密封件的安装形式、外力加载方式、脉冲加载的实现方式以及高低温的实现方案。第三章：针对要求对液压系统进行了详细的原理设计、分析及选型计算;给出了粉尘模拟及加载系统的设计及实现方案;对环境温度模拟系统进行了相关的设计和计算;完成了相关的三维建模和设计校核工作。第四章：主要研究试验要求中的Ⅰ类脉冲加载,详细推导了经过简化后的数学模型,并在其基础上设计了Ⅰ类脉冲加载的PI控制器,确定了相关控制参数。最后根据相关元件和控制的参数搭建AMESim模型进行仿真分析,验证波形加载加载性能。第五章：针对Ⅱ类脉冲加载,分别从集中参数数学模型和AMESim仿真模型的角度分析讨论了相关结构参数的设计和选择,确定了系统关键元件参数,通过仿真研究的方式验证该参数选择合理,满足规定加载要求。同时,提出了一种结合神经网络的Ⅱ类脉冲加载并行控制器,联合仿真结果表明该控制器起到了很好的预测效果,提高了试验的效率。第六章：总结课题研究内容,并对未来工作提出展望。

关键词：飞机作动筒动密封试验系统 4000psi 脉冲加载

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可调进气道动密封流动传热特性研究

可调进气道动密封流动传热特性研究

作者：张智博大连理工大学

学位级别：硕士

吸气式组合发动机是宽域工作高超声速飞行器的理想动力装置,其中可调进气道研发是吸气式组合发动机的主要关键技术之一。以往针对可调进气道的流道设计与调节规律优化已开展了大量研究,但针对可调进气道动态密封结构设计与工程应用的研... 详细信息

吸气式组合发动机是宽域工作高超声速飞行器的理想动力装置,其中可调进气道研发是吸气式组合发动机的主要关键技术之一。以往针对可调进气道的流道设计与调节规律优化已开展了大量研究,但针对可调进气道动态密封结构设计与工程应用的研究则相对较少,可调结构带来的质量、控制、热防护等问题是制约其工程应用的瓶颈。调节过程中既要保证调节顺畅,又要满足驱动装置工作温度的限制条件。兼顾上述需求,可行的方法是合理设计装配结构缝隙并配置高温动密封方案。因此,研究可调进气道结构的流场特征是必要的,特别是针对高温动密封关键区域,需要开展狭缝流动和泄漏特性、可调腔体与驱动机构的热分析,以支撑可调进气道的结构设计研究。本研究基于某可调进气道及其动密封方案模型,开展高超声速条件下可调进气道的流动特性分析,重点探索高温动密封结构对应的狭缝区域的流场特性和整体结构的流动传热特性。本文将达西定律应用于高速流场环境中多孔介质泄漏特性的计算,提出一种前处理软件、CFD软件和达西定律相结合的解耦计算方法。采用Fortran语言和脚本文件,实现从建模到迭代收敛整个仿真过程的全自动化运行,具有很高的工程应用价值。该方法被用于超声速进气道缝隙腔体结构流动换热的仿真模拟,通过与耦合计算结果的对比分析,验证了采用达西定律计算高速流场环境中密封缝隙泄漏特性的可行性。通过对ATREX轴对称可调进气道物理模型的分析,建立简化模型,研究了进气道变几何过程中,内流场的变化特征。分析了中心锥外伸过程中,激波的走势以及所导致的压力等物理量的波动。对比典型时刻的流动状态和部分物理量,给出进气道变几何过程中性能最优的时刻。本文通过数值仿真计算,研究了可调进气道高温动密封条件下的流动换热特性。通过简化某进气道模型,建立三维计算模型。针对可调进气道在多孔介质密封条件下的瞬态流动与传热过程进行了数值计算研究,分析进气道和附件腔内温度、压力分布情况及缝隙泄漏特性。对比无密封条件下的流动状态,说明多孔介质密封的隔热和限流作用。

关键词：高超声速动密封变几何进气道多孔介质流动传热

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水润滑动密封轴承试验台控制系统的开发设计

水润滑动密封轴承试验台控制系统的开发设计

作者：张瑜重庆大学

学位级别：硕士

随着国民经济的发展,各种环保新产品应运而生。水润滑动密封轴承结构新颖,设计合理,经济实用,在国民经济的众多领域有广泛应用。本论文根据“机械装备设计与制造系统工程”“211工程”建设项目目标合同的有关规定,结合水润滑动密封试验... 详细信息

随着国民经济的发展,各种环保新产品应运而生。水润滑动密封轴承结构新颖,设计合理,经济实用,在国民经济的众多领域有广泛应用。本论文根据“机械装备设计与制造系统工程”“211工程”建设项目目标合同的有关规定,结合水润滑动密封试验台的升级改造,在MDZ-2800型动密封轴承试验机的基础上,开发其自控系统。论文在分析总结国内外动密封试验机的基础上,提出了以工业计算机为控制平台,对机械传动国家重点实验室水润滑动密封试验台控制系统进行改造的方案,并提高其控制精度、自动化水平和可靠性,确保密封条件的良好实施,达到较高的性能实验要求,最终提高动密封制品的产品质量。与传统的密封试验机不同,水润滑动密封轴承试验台能同时在油、水或油水为工作介质的三种工况下工作,其中油压要达到32MPa,水压要达到8Mpa;在精确计量动密封的泄漏量方面,采用计量泵来达到目的;试验台能方便地安装和拆卸动密封试件;通过计算机检测和控制系统对动密封的泄漏量、压力、温度、转速等影响因素进行测控,能稳定和快速地实现对试验台的实时控制和检测。本论文结合水润滑动密封轴承试验台的工况特点,具体阐述了对控制系统进行的改造设计,着重强调了计算机控制系统的软、硬件设计(包括信号检测、变送、转换、数据采集与处理、输入输出设计等),结合数字信号处理、工业自动化等相关理论知识,在LabVIEW环境下开发出了一套用于该试验台控制系统的自动化测控软件,并完成系统的安装调试工作等。经实验验证,该控制系统能够满足对实验参数的实时检测和控制,具有较高的自动化水平。

关键词：水润滑轴承动密封试验台自动控制

机车悬架系统的MR减振器动密封与耐久性研究

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机车悬架系统的MR减振器动密封与耐久性研究

作者：赵洪洋宁波大学

学位级别：硕士

铁路车辆(机车)振动降低了车辆零部件的使用寿命,使车辆易发生故障,乘客的舒适感降低,同时破坏了车辆运行的平稳性,严重影响车辆的运行品质,因此对铁路车辆振动的控制十分重要。减振器是铁路车辆振动控制中的核心器件,在各种减振器中,... 详细信息

铁路车辆(机车)振动降低了车辆零部件的使用寿命,使车辆易发生故障,乘客的舒适感降低,同时破坏了车辆运行的平稳性,严重影响车辆的运行品质,因此对铁路车辆振动的控制十分重要。减振器是铁路车辆振动控制中的核心器件,在各种减振器中,磁流变(MR)减振器兼有主动控制和被动控制的双重优点,是理想的半主动减振器件,在铁路车辆上有广阔的应用前景。为加快MR减振器在铁路车辆上的应用进程,论文面向铁路车辆悬架系统的使用要求,对MR减振器的力学性能、密封性能、响应速度以及疲劳性能开展了如下研究工作:首先,理论分析了温升对传统MR减振器速度特性、响应时间、可调系数的影响,并实验研究了减振器在温升下的力学性能,结果发现,随着温度的升高,相同工况下的减振器阻尼力减小,响应时间减小,可调系数增大,实验结果与理论分析结果吻合较好,数据显示,电流为0时,温度对减弱减振器阻尼力影响较大,而随电流增加,温度对阻尼力影响变弱。其次,针对减振器的泄漏问题,提出一种动密封结构,并阐述了动密封的工作原理,设计制造了MR减振器,完成其装配过程。动密封结合了磁密封和波纹管密封的原理,由三级密封结构组成,减少了密封件的磨损,提高了密封的可靠性,具有良好的耐久性,适用于铁路车辆的高频振动和长期振动条件。再次,对设计的动密封结构进行耐压分析计算,依靠伯努利方程计算了一级密封的降压能力和载液在抗磨损装置中的能量损失,运用动态密闭容器压力公式计算了二级密封的耐压能力,利用磁密封耐压计算公式求出三级密封的耐压值,并验算了减振器的耐压能力,结果表明,动密封能够满足减振器的密封要求。最后,利用ANSYS有限元软件对减振器的活塞杆和波纹管进行疲劳仿真研究,并对加工好的减振器进行温升下力学性能实验和常温下泄漏及耐久性实验,与传统MR减振器的实验数据对比分析,结果显示,新减振器相比老减振器,密封性能更好,在长期振动下的力学性能更稳定,减振性能更可靠。

关键词：铁路车辆 MR减振器动密封动力学性能

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可旋转液压缸中动密封的改进设计及其效果

新技术新工艺 2003年第2期 18-19页

作者：余宏冯正进王旭永章志新上海交通大学 200030 株式会社ジェクト

介绍了可旋转液压缸中的既有直线运动又有旋转运动的动密封改进设计及效果。

关键词：可旋转液压缸动密封改进设计直线运动旋转运动注塑机

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液压缸的动密封

液压与气动 1991年第2期15卷 39-40页

作者：徐战柱航空航天部国营燎原机械厂

液压缸性能的好环,在很大程度上取决于密封效果,所以密封技术的优劣决定了液压缸的质量水平。液压缸一般在静密封处采用O 形密封圈密封,在滑动密封处采用Y_x形密封圈密封。Yx 形密封圈的截面尺寸小,其截面高度为宽度的两倍左右。短唇为... 详细信息

液压缸性能的好环,在很大程度上取决于密封效果,所以密封技术的优劣决定了液压缸的质量水平。液压缸一般在静密封处采用O 形密封圈密封,在滑动密封处采用Y_x形密封圈密封。Yx 形密封圈的截面尺寸小,其截面高度为宽度的两倍左右。短唇为工作唇,与工作表面的滑动摩擦力小,耐磨性好,寿命长。

关键词：液压缸密封动密封

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某航空液电阀主密封结构密封性能分析及优化

机床与液压 2023年第16期51卷 184-193页

作者：王东川陈松徐士彪张君王伟锁彭周重庆理工大学机械工程学院重庆400054 贵州枫阳液压有限责任公司贵州贵阳550009

针对液电阀阀芯处密封结构,采用组合式密封结构的设计思路,通过压缩波簧提供预紧力和补偿力。建立密封结构数值模型,对液电阀动密封面的接触应力和转动摩擦力矩进行分析。根据不同的影响因素模拟动密封面间的接触应力分布以及峰值接触... 详细信息

针对液电阀阀芯处密封结构,采用组合式密封结构的设计思路,通过压缩波簧提供预紧力和补偿力。建立密封结构数值模型,对液电阀动密封面的接触应力和转动摩擦力矩进行分析。根据不同的影响因素模拟动密封面间的接触应力分布以及峰值接触应力的变化情况,通过施加流体压力,研究各因素对液电阀转动摩擦力矩的影响规律。设计正交试验并进行直观分析和方差分析,确定最优密封结构。结果显示:优化后主密封副间接触应力增大,转动摩擦力矩减小,有效提升了主密封结构的密封性能。

关键词：液电阀组合式密封结构动密封正交试验