采用有限元分析软件ANSYS建立干气密封补偿环O形橡胶密封圈二维轴对称模型,对其在不同压缩率与介质压力下的变形、VOn Mises应力及密封面处接触压力、接触摩擦应力分布规律进行探讨,确定O性橡胶密封圈易失效位置;分析压缩率和介质压力对其最大VOn Mises应力、最大接触压力、最大接触摩擦应力的影响.分析结果表明O形圈密封最大VOn Mises应力、密封面最大接触压力、最大接触摩擦应力随介质压力的增大而增大,在中低压下提高O形圈的压缩率既能提高密封圈的密封性能,也不影响补偿环的追随性.为干气密封补偿环上的O形密封圈结构设计及选型提供参考.

在干摩擦情况下,研究干气密封环类金钢石(DLC)薄膜织构表面的摩擦性能,并揭示织构表面对界面摩擦学行为的作用机制。应用HDM20型端面摩擦磨损试验机测试了摩擦系数随凹坑直径、面密度的变化情况;用ST400三维非接触式表面形貌仪进行磨损前后表面形貌测量分析。研究结果表明:微织构化的DLC薄膜端面具有很低摩擦系数;在工况一致的条件下摩擦系数随着凹坑直径的增加而减小,随着面密度的增加而增加,但是摩擦系数变化的振幅减小。研究成果为干气密封环端面的摩擦学研究和端面微织构的优化提供了一定依据。

为探究基于叶轮转子系统下干气密封轴向振动特性,基于干气密封结构特性,建立叶轮转子-轴承-干气密封系统轴向振动模型,采用待定系数法进行求解,推导得出静环轴向振动幅值表达式;建立叶轮转子-轴承-干气密封系统几何模型,运用ANSYS Workbench软件进行模拟仿真计算,分析气膜刚度和激振力对轴向振动的影响。结果表明:气膜刚度对动、静环振动幅值的影响不大;动、静环振动频率相同、振动幅值相同,说明动、静环的追随性高,其间隙稳定,从而保证干气密封的稳定运行;动、静环位振动幅值与激振力成正比关系,说明激振力严重影响干气密封的稳定性,为提高干气密封的稳定性,应平衡好叶轮的轴向激振力。

机械密封的性能对海洋核心设备海底混输泵的热控效率以及稳定运行有着重要影响。针对混输泵工作状态与机械密封服役环境,建立密封环-液膜多体结构三维模型,考虑热效应、力效应和流体效应等多场协同作用,利用热流固耦合数值仿真技术,研究密封环-液膜多体结构在模拟实际工况下的性能变化规律,得到密封环-液膜多体结构在不同工况下的润滑特性、力学特性以及温度特性。结果表明:在密封环-液膜的多体结构中,密封环最大变形量和最高温度都出现在螺旋槽区域;随转速和压力的增加密封开启力和泄漏量增加,但转速的影响明显大于压力;压力对应力的影响明显大于转速,特别是在压力超过6 MPa后密封端面的接触压力较为不均匀;由于对流换热和气流黏性剪切影响,转速对密封端面温度影响大于压力,尤其在500 r/min低转速区域,密封环-液膜结构的温度突破了...

以转子-轴承-干气密封系统为研究对象,综合考虑轴承油膜力及外界瞬时激振力对干气密封系统稳定性的影响,建立转子-轴承-干气密封系统轴向振动模型,并利用近似解析法求解微尺度下的非线性雷诺方程,同时耦合振动方程推导得出气膜轴向刚度及轴向阻尼的表达式并编程计算.通过分析不同螺旋槽数响应下时间历程图和相轨图,探寻系统轴向振动特性最优螺旋槽数范围,对比分析干气密封静环-气膜系统和转子-轴承-干气密封系统在实际工况下干气密封槽型参数的稳定范围,为干气密封非线性稳定性研究及设计提供理论指导.

针对干气密封系统在高转速工况下密封性能差、泄漏量大的问题,提出一种双槽阶梯槽端面密封结构。采用CFD对比分析不同压力、转速下单螺旋槽、双槽阶梯槽、阶梯槽3种槽型的密封性能,探讨槽深、螺旋角对密封性能的影响,得出了双槽阶梯槽型优化的结构参数。结果表明:双槽阶梯槽在降低泄漏量和提高综合密封性能上要优于阶梯槽和单螺旋槽;在槽深为6μm、螺旋角为18°时双槽阶梯槽端面密封的刚漏比最大、泄漏量最低;与普通螺旋槽干气密封性能相比,在高速低压工况下,双槽阶梯槽干气密封承载力虽稍有下降,但刚漏比提升了21.74%、泄漏量降低了27.45%。

为避免干气密封系统在高速工作环境中发生共振现象,以叶轮转子-轴承-干气密封组成的大系统为研究对象,求解系统的固有频率,分析其动态特性。利用传递矩阵法,计算得出系统的四阶固有频率;采用有限元法对系统进行模态分析,得到其固有频率及振型图;再基于误差法和内积相关性法对2种方法所得到的固有频率进行对比分析,得出误差最大在8%左右,且内积相关度为0.948,吻合度较高。通过计算和仿真验证,证实2种方法的可行性,得出该系统工作转速不能大于10290.6 r/min,为以后叶轮转子-轴承-干气密封系统的动态特性分析提供了参考。

高速工况下密封间隙内流体黏性生热严重且流动行为复杂,流体流动状态是影响跨尺度间隙流固传热过程和温度分布的关键因素之一,应用ANSYS Fluent软件在湍流与层流计算模型下建立了环形槽与螺旋槽复合式端面构型(ASG)的三维热流体动力润滑(THD)模型,对比了两模型下螺旋槽的冷却性能差异与环形槽的降温作用,以此揭示了流动状态对端面型槽冷却作用的影响机理,分析了型槽几何参数对两模型下温度场及密封性能的影响规律。结果表明:湍流模型下深螺旋槽内存在的大片死流体区阻碍了槽口冷流体进入到槽根部,致使螺旋槽对间隙内高温流体的冷却作用衰减;层流模型下深螺旋槽内充满更多的冷流体,冷却作用较强。内径侧环形槽在两模型下均具有显著的降温作用,且随槽深、槽宽的适当增加其降温作用得到强化;持续增加螺旋槽槽深并不能达到持续降温的目...

为解决波度端面机械密封精密加工困难的问题,提出一种由波度密封衍生变化而来的阶梯收敛槽机械密封结构,采用CFD数值模拟,考虑液膜空化效应,对其密封性能进行参数化分析.结果表明:随着槽深、槽数、槽区开口及密封压力的增加,液膜承载力和泄漏量都增大;随着转速的增加,承载力增大,泄漏量减小;随着膜厚的增加,承载力减小,泄漏量增大.在小膜厚,高转速及较低密封压力的工况条件下,更容易产生液膜空化现象,流体泄漏量降低;较小的槽深会增强流体剪切作用,空化效应增强,泄漏量降低,实现减小泄漏的目的.

利用Solidworks软件对螺旋槽干气密封端面五种不同气膜厚度进行三维立体模型建模,采用FLUENT前处理功能对其进行网格划分。在特定工况下,利用Fluent流场计算软件对五种端面微尺度流场模型进行数值计算,求出压力沿径向分布和气膜厚度对应的开启力,基于最小二乘法原理基础上,求出开启力与厚度的五次多项式,在对多项式关于气膜厚度求导,得出气膜刚度与气膜厚度的四次多项式。结果表明：气膜刚度随着气膜厚度的增大而减小,且随着气膜厚度的增加气膜刚度随厚度变化曲线趋于平稳,为了使干气密封长期安全、稳定的工作,端面气膜应有足够大的刚度。