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高压工况上游泵送机械密封热力变形与密封性能分析

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化工学报 2023年第10期74卷 4241-4251页

作者：谢玉汉孟祥铠赵文静王禹衡洪先志彭旭东浙江工业大学化工过程机械研究所浙江杭州310032 成都一通密封股份有限公司四川成都610100

为研究高压工况下上游泵送机械密封的性能,考虑密封环与润滑液膜间的流固热力耦合作用,建立了其热弹流润滑模型,基于有限单元方法求解液膜润滑方程、密封环热传导方程和热力变形方程,采用三重迭代算法实现膜压、膜厚、温度和变形之间的... 详细信息

为研究高压工况下上游泵送机械密封的性能,考虑密封环与润滑液膜间的流固热力耦合作用,建立了其热弹流润滑模型,基于有限单元方法求解液膜润滑方程、密封环热传导方程和热力变形方程,采用三重迭代算法实现膜压、膜厚、温度和变形之间的耦合求解,研究了转速、密封压力和介质温度对上游泵送机械密封端面变形的影响规律,分析了热力变形作用下密封的上游泵送能力。研究结果表明,高压工况下密封端面产生了沿上游泵送方向收敛的液膜间隙,高密封压力下的力变形是主要原因,热变形部分抵消了压力变形带来的影响;随转速的增大,液膜沿上游泵送方向的收敛程度减小,上游泵送率增大,摩擦因数增大;随着密封介质压力的增大,液膜收敛程度增大,摩擦因数减小,上游泵送率大幅减小;随密封介质温度的升高,液膜收敛程度减小,摩擦因数减小,上游泵送率有所增加。研究结果可为高压上游泵送机械密封环的结构优化和设计提供理论参考。

关键词：上游泵送机械密封热力变形热弹流润滑模型密封性能有限单元法

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形状记忆合金梁式管接头密封性能数值研究

航空动力学报 2023年第3期38卷 513-521页

作者：崔颖王大玮于颖嘉张宏翔刘志远大连海事大学船舶与海洋工程学院辽宁大连116026

针对一种阴接头密封梁具有椭圆弧凹槽的形状记忆合金梁式管接头,利用ABAQUS软件建立考虑管内流体压力和温度的弹塑性有限元热力耦合模型,数值模拟得到阴、阳接头间的接触带宽和接触应力分布。基于逾渗理论与微观粗糙密封界面有限元接触... 详细信息

针对一种阴接头密封梁具有椭圆弧凹槽的形状记忆合金梁式管接头,利用ABAQUS软件建立考虑管内流体压力和温度的弹塑性有限元热力耦合模型,数值模拟得到阴、阳接头间的接触带宽和接触应力分布。基于逾渗理论与微观粗糙密封界面有限元接触分析,计算得到形状记忆合金材料密封界面泄漏概率为零的临界接触应力。结合第一道密封的接触应力分布,以S指数作为形状记忆合金梁式管接头密封性能的评价指标,数值模拟了预紧力、管内流体压力和温度对形状记忆合金梁式管接头密封性能影响。结果表明:在装配拧紧力矩范围内形状记忆合金梁式管接头密封性能随着预紧力增大而增强;密封性能随着管内流体压力的升高会提高,具有良好的自封性;在-50~200℃的管内流体温度范围内密封性能基本稳定,满足密封要求。数值分析表明在相同工作条件下形状记忆合金梁式管接头相比于不锈钢和钛合金梁式管接头具有更优的密封性能。

关键词：梁式管接头形状记忆合金密封性能热力耦合临界接触应力

深部煤矿保压取心保压控制器密封性能分析与结构优化

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煤田地质与勘探 2023年第8期51卷 88-97页

作者：王天宇李佳南张益玮李炬谢和平四川大学水利水电学院四川成都610065 四川大学机械工程学院四川成都610065 深圳大学深地科学与绿色能源研究院广东深圳518060

保压控制器作为深部煤炭原位保压取心器的核心部件,其密封设计对保压取心效果有着决定性作用。为了获取最优的密封结构方案,本文建立了保压控制器密封结构二维轴对称非线性接触模型,通过正交试验分析不同凹槽设计、锥角选型及摩擦因数... 详细信息

保压控制器作为深部煤炭原位保压取心器的核心部件,其密封设计对保压取心效果有着决定性作用。为了获取最优的密封结构方案,本文建立了保压控制器密封结构二维轴对称非线性接触模型,通过正交试验分析不同凹槽设计、锥角选型及摩擦因数对密封性能的影响,并研究不同闭合阶段、介质压力下密封圈各应力变化情况。结果表明:1.9 mm凹槽深度的30°锥角保压控制器密封效果最优;摩擦因数对密封性能的影响较小,应根据实际情况选择尽可能小的摩擦因数;室内打压试验结果表明保压控制器在较小预紧力作用下即可形成密封,且其密封性能随密封压力的升高仍维持稳定,该自适应密封特性保证了其密封能力与工作稳定性。研究成果提高了深部煤矿保压保瓦斯取心器的密封可靠性,对实现深部煤矿瓦斯精准测定具有重要工程意义。

关键词：保压控制器保压取心密封性能结构优化

水下连接器金属密封圈裂纹故障对密封性能的影响

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船舶力学 2022年第1期26卷 125-135页

作者：安维峥王莹莹刘国恒汪聪段梦兰刘云迪中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249 中海油研究总院有限责任公司工程研究设计院北京100028

密封圈是水下连接器上的全金属结构,其性能优劣将影响连接器密封功能的实现。为保证密封圈的性能,需要进行裂纹故障对其性能影响的研究。根据水下连接器的两种工作状态,利用ABAQUS有限元法对无裂纹密封圈进行强度计算,通过最大等效应力... 详细信息

密封圈是水下连接器上的全金属结构,其性能优劣将影响连接器密封功能的实现。为保证密封圈的性能,需要进行裂纹故障对其性能影响的研究。根据水下连接器的两种工作状态,利用ABAQUS有限元法对无裂纹密封圈进行强度计算,通过最大等效应力结果与最大等效塑性应变结果找到易产生裂纹的区域;之后在该区域预置了不同深度、位置、角度的裂纹,探讨了三个因素对密封圈密封性能和结构性能的影响。结果表明:水下连接器金属密封圈在工作时,与毂座的接触面为应力集中区域,处于塑性变形状态,容易产生横向裂纹;裂纹前期对密封圈密封性能影响不大,但使得密封圈结构性能变差,长期使用会导致裂纹扩展,从而使结构断裂,密封发生失效。

关键词：水下连接器金属密封圈裂纹故障密封性能有限元分析

牙轮钻头用单金属密封瞬态启动动力学模型与密封性能

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中国机械工程 2022年第7期33卷 777-785页

作者：马艺陈宇涛孟祥铠赵文静彭旭东浙江工业大学机械工程学院杭州310023 过程装备及其再制造教育部工程研究中心杭州310023

牙轮钻头的频繁启动以及振动工况直接影响单金属密封的可靠性和工作寿命。基于热-流-固-动耦合场,建立了复杂工况下单金属密封瞬态启动动力学模型,采用有限差分法和Newmark法联合求解润滑方程和动力学方程,考察钻头转速和轴向激励对单... 详细信息

牙轮钻头的频繁启动以及振动工况直接影响单金属密封的可靠性和工作寿命。基于热-流-固-动耦合场,建立了复杂工况下单金属密封瞬态启动动力学模型,采用有限差分法和Newmark法联合求解润滑方程和动力学方程,考察钻头转速和轴向激励对单金属密封动态密封性能的影响,结果表明:随着钻头不断启动至恒转速阶段,高压(p_(0)=30 MPa)下单金属密封端面液膜沿径向始终呈发散型分布,端面温升在轴向激励下振荡增加至稳定波动,瞬时泄漏率呈正负交替波动状态,幅值远大于稳态泄漏率幅值,特别是当泄漏率为负值时,外径侧泥浆极易侵入密封间隙;单金属密封动态性能随钻头转速和轴向激励载荷增大而进一步恶化。

关键词：牙轮钻头单金属密封动力学模型数值模拟密封性能

油气两相柔性丝刷封密封性能优化分析及试验研究

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推进技术 2022年第11期43卷 376-388页

作者：沙廉翔李双喜郑娆马钰虎宋玉鹏北京化工大学机电工程学院流体密封技术研究中心北京100029

为解决高速轴承腔复杂工况下的密封问题,设计了一种柔性丝刷封结构,通过数值模拟和试验验证,研究其在油气两相介质下的密封性能,分析工况参数和结构参数对柔性丝刷封密封性能的影响,基于正交试验法优选出能够提升密封性能的结构参数。... 详细信息

为解决高速轴承腔复杂工况下的密封问题,设计了一种柔性丝刷封结构,通过数值模拟和试验验证,研究其在油气两相介质下的密封性能,分析工况参数和结构参数对柔性丝刷封密封性能的影响,基于正交试验法优选出能够提升密封性能的结构参数。结果表明:柔性丝刷封主要通过轴向段刷丝实现降压节流的目的,靠径向段刷丝实现封油,得到了其封严油气两相介质的密封机理。泄漏率随压差升高而升高,随温度、转速升高而降低,高温高压高转速工况下,柔性丝刷封封油能力下降。适当增加刷丝束厚度、过盈量,减小刷丝直径、前板和背板间隙均能对密封性能起到积极作用,得到了结构参数的较优取值范围,确定了结构参数对柔性丝刷封密封性能影响程度的主次顺序和最优结构组合。

关键词：柔性丝刷封多孔介质油气两相密封性能结构优化

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非规则V形表面织构化机械端面密封性能研究

化工学报 2022年第10期73卷 4585-4593页

作者：赵文静屠治荣孟祥铠江锦波彭旭东浙江工业大学机械工程学院浙江杭州310023

针对一种新型非规则V形表面织构化机械密封端面,建立了界面液膜的润滑模型,采用有限单元方法求解雷诺方程,研究了表面织构开孔面积比、深度比、特征数和密封介质压力对端面密封的承载力、泄漏率、摩擦因数和液膜刚度等密封性能参数的影... 详细信息

针对一种新型非规则V形表面织构化机械密封端面,建立了界面液膜的润滑模型,采用有限单元方法求解雷诺方程,研究了表面织构开孔面积比、深度比、特征数和密封介质压力对端面密封的承载力、泄漏率、摩擦因数和液膜刚度等密封性能参数的影响规律,并对经典三角形织构和圆形织构化端面密封进行了对比分析。结果表明:端面新型非规则V形织构具有收集和汇聚液膜的作用,增强了动压效应;织构开孔面积比、深度比、特征数和密封介质压力的变化对V形与三角形表面织构的密封性能影响较大,而对圆形织构表面的密封性能影响不明显;在研究几何和工况参数范围内,这种新型V形表面织构的机械密封性能相对较优,其承载力、摩擦因数与液膜刚度均略优于三角形织构,远优于圆形织构,研究结果可为织构化端面密封的设计开发提供支持。

关键词：表面织构有限元方法数值模拟密封性能微尺度

基于槽区表面纹理化改性的液膜密封性能提升方法

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表面技术 2022年第7期51卷 150-160页

作者：胡琼卢迪肖洋王晓雷王衍张庆硕朱先磊江苏海洋大学江苏连云港222005 南京航空航天大学直升机传动技术重点实验室南京210016

目的对传统液膜密封槽区的表面进行微观有序纹理化改性,以期调节微尺度流动,提高密封综合性能。方法根据流动因子ξ判断密封端面间流体流动状态,采用有限体积法数值模拟密封稳态性能,对比现有文献验证算法的正确性;对比研究不同几何、... 详细信息

目的对传统液膜密封槽区的表面进行微观有序纹理化改性,以期调节微尺度流动,提高密封综合性能。方法根据流动因子ξ判断密封端面间流体流动状态,采用有限体积法数值模拟密封稳态性能,对比现有文献验证算法的正确性;对比研究不同几何、工况参数下,有、无表面微纹理设计的密封开启力和泵送率的变化规律,研究槽区纹理对密封性能的影响机理。结果采用槽区纹理化改性在提高密封间隙流体静压的同时,还可实现方向性导流,增强流体动压;在纹理方向与流场方向高度一致时(在所研究工况下,α为10°~15°),可表现出良好的导流效果;通过增加纹理密度(用纹理数量表示,n)或增大纹理宽间比(B_(m)/C_(m)),适当调小纹理间距C_(m),可使导流效应增强;通过微纹理设计不会改变槽型参数的优化结果,存在较宽的纹理结构参数区间,使有纹理的密封性能较无微纹理的更优;有纹理密封在高速、大槽深时的维稳和抑漏效果更好。结论在液膜密封槽区表面合理设计有序微纹理,可在槽型结构已较优的基础上,进一步提升液膜开启力、降低泄漏率。依据分析结果,提出“在流场与流体型槽方向高度匹配的前提下,设计超滑水槽区表面能够大幅提升液膜密封开启性能和泵送能力”的设想。

关键词：液膜密封微纹理导流密封性能超滑水表面

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钛合金梁式管接头密封性能的结构优化设计

哈尔滨工业大学学报 2022年第1期54卷 73-79页

作者：崔颖于颖嘉张宏翔钟兢军大连海事大学船舶与海洋工程学院大连116026 上海海事大学商船学院上海201306

为优化具有椭圆弧凹槽的航空钛合金梁式管接头,基于ABAQUS软件建立了梁式管接头弹塑性接触有限元模型,得到了阴、阳接头两道密封处的接触应力分布与接触带宽。综合考虑梁式管接头宏观几何结构与接触面微观形貌,以S指数为密封性能评价指... 详细信息

为优化具有椭圆弧凹槽的航空钛合金梁式管接头,基于ABAQUS软件建立了梁式管接头弹塑性接触有限元模型,得到了阴、阳接头两道密封处的接触应力分布与接触带宽。综合考虑梁式管接头宏观几何结构与接触面微观形貌,以S指数为密封性能评价指标,利用Isight软件和多岛遗传算法得到了密封性能最优的阴接头几何构型。对最优结构的有限元数值模拟表明,优化结构的S指数比原型和数据库最大值结构分别提高102.2%和53.1%,其最大接触应力与接触带宽明显增大,优化结构的密封性能显著提高。最优结构的S指数与优化方法的预测值吻合良好,从而验证了优化方法的有效性和结构优化设计的准确性。采用的S指数密封评价准则相比于传统单纯以接触应力或接触带宽评价密封性能的方法更全面考虑了密封结构的宏观与微观特征,为梁式管接头密封结构优化设计提供了可量化的密封性能目标函数。应用Isight软件与多岛遗传算法可提高计算效率与优化精度。

关键词：梁式管接头密封性能 S指数多岛遗传算法结构优化