摘要：针对机械密封在高速干摩擦状态下,因设计不当产生端面过度变形和磨损而引起的密封失效问题,建立了热-结构耦合数值计算模型,分析了密封的温度场和端面变形。试验测试了静环温升,分析了动静环端面特征,探讨了高速干摩擦状态下的磨损机制。研究结果表明:建立的有限元模型能准确地预测密封的温度和端面变形,计算值和试验值相差小于11%;密封端面峰值温度对转速更敏感,随着运转时间的延长,温度先迅速增加后逐渐变缓;静环易产生锥度变形,造成端面接触压力和磨损不均匀,静环座的“匡正”作用能够改善这类变形;摩擦转移膜的存在状态对密封的温升、端面粗糙度起关键作用,动环表面喷涂Cr_(2)O_(3)等金属氧化物,能较好地保持致密的石墨转移膜,减轻密封的磨损。研究结果为机械密封的设计、优化和应用提供了基础。

摘要：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。

摘要：针对应用在液体火箭发动机上的三瓣式高速浮环密封(TFRS),揭示密封在复杂多变工况下的泄漏特性和磨损特性,得到影响密封特性的敏感参数,促进高速密封技术的发展。针对压力、转速和密封周向弹簧比压等关键敏感参数,数值模拟了密封的泄漏率变化规律,试验测量了密封环的泄漏率和磨损率。研究结果表明:泄漏率和磨损率都随压力增大而增大;转速对三瓣式高速浮环密封磨损率敏感,对密封泄漏率不敏感,随着转速的增加,磨损率增大较快,泄漏率减小较慢;随着密封周向弹簧比压的增大,前期密封周向弹簧比压对泄漏率敏感,此时泄漏率变化幅度较大,磨损率变化幅度较小,后期密封周向弹簧比压对磨损率敏感,此时磨损率变化幅度较大,泄漏率变化幅度较小,密封周向弹簧比压在适当范围内时,泄漏率和磨损率都较小。研究结果为液体火箭发动机三瓣式高速浮环密封的设计、实际应用和深入研究提供了基础。

摘要：针对螺旋槽动压密封液膜发生汽化相变后,严重影响密封运行的可靠性和稳定性的问题,基于密封端面液膜汽化相变,建立了其数值计算模型。采用了以泄漏量和开启力两个密封性能参数为优化目标,螺旋角、槽数、槽深、槽坝比和槽堰比5个密封端面结构参数为变量的五因素、五水平的正交优化试验方案;研究了密封端面液膜汽化相变下,不同密封端面结构参数对密封性能的影响规律。研究结果表明:密封结构参数对泄漏量和开启力的影响灵敏度不同,设计的正交试验方案可以有效地对密封性能进行优化,可为此类工况下的密封装置的结构优化设计和实际操作提供参考。

摘要：采用ABAQUS软件对牵引绳用调控式往复密封装置在高压环境下的密封性能进行有限元分析,获得密封组件与牵引绳的应力分布及变形情况,分析调控压力与介质压力对密封泄漏率及摩擦力的影响规律。设计搭建主密封试验装置并进行试验验证。结果表明:采用合理的调控压力与密封结构设计可以实现较好的接触应力分布,显著地减少密封泄漏;随着调控压力的增加,密封泄漏率先迅速下降,而后缓慢下降并逐渐趋于稳定,当调控压力大于介质压力的1.3倍时,泄漏率接近于0;增加调控压力导致摩擦力呈现先缓后急的增长趋势;介质压力对密封环具有开启作用,能够降低流体膜压力而减小摩擦力;工程应用中,维持调控压力比介质压力高出0.2~0.5 MPa时密封效果最好。

摘要：为了提高储罐的安全性,建立了大型膜顶储罐的等效分析模型,分析不同工况下罐体壁板及其零部件的应力及变形,探究拉筋带数量、中心立柱高度等对罐体的应力及变形的影响规律,求解得到了其最优值。结果表明:在膜顶拼装储罐未产气加上雨雪天气影响等极端工况下,储罐的罐壁以及抗风圈发生失效,需要对储罐结构进行优化以提高罐体安全性;拉筋带数量和中心立柱高度是影响罐体安全性的主要因素,拉筋带数量增加到80根,中心立柱与拉筋带夹角增大到77.5°可以有效提高罐体的安全性;首层壁板厚度和膜压已为最优值,满足罐体安全性要求。所得结论可提高拼接罐体的可靠性,为后续拼接罐体的设计提供参考。

摘要：为了揭示油气混相回流泵送密封(OG-RPS)结构开启过程的动态泄漏特性和开启特性,分别进行4种典型密封结构的开启过程运转试验。测量记录密封开启过程的动态泄漏量,进行泄漏特性和开启特性对比分析。结果表明:OG-RPS的泄漏率变化分为3个明显的阶段,分别对应密封结构开启过程的3种状态,通过泄漏率变化可有效监测密封结构开启过程。随着线速度的增大,密封结构未开启时泄漏率逐渐增大,泄漏率为正值;密封结构不完全开启时泄漏率逐渐减小,泄漏率为正值;密封完全开启时泄漏率逐渐减小,泄漏率为负值。槽数为12个、槽深为5μm和槽坝比为0.7的OG-RPS结构密封性能和开启性能最佳。研究成果为OG-RPS的优化设计、理论分析验证及实际应用提供了基础,并建立了1种基于泄漏率监控密封结构开启过程的方法。

摘要：针对航空发动机减速器轴承腔上的新型高速气液混相回流泵送密封(GL-RPS)机构,揭示了其开启过程的温度特性。通过建立数值分析模型,分析动压槽槽数、槽深、槽坝比对密封开启力的影响,得到密封开启性能的优选结构参数,基于优选参数进行GL-RPS的开启过程温度特性试验。基于温度特性,从开启状态、开启转速、开启温度和摩擦磨损等角度对比分析了4种密封结构的开启特性。结果表明:在开启过程中,端面温度的变化分为3个明显阶段,分别对应密封端面的3个接触状态,可以有效监测和表征密封开启过程;在密封未开启阶段,端面温度随转速增大而升高;在过渡阶段,端面温度随转速增大逐渐降低,端面温度存在跳跃;在完全开启阶段,端面温度随转速增大基本不变;密封开启转速、过渡阶段转速跨度、开始开启和完全开启时的端面温度差都随压力增大线性增大。得出了GL-RPS开启性能较好的结构参数,能有效降低GL-RPS的开启转速和开启温度,减小密封端面磨损。研究结果可为航空发动机减速器轴承腔GL-RPS的设计提供参考,并提供了一种密封端面接触状态监测方法。

摘要：膜顶栓接沼气储罐具有安装快速、防腐性能好、成本低等优点,但由于设计不当仍会出现失效问题,针对该类型储罐罐顶出现漏气、坍塌等问题,对该类型罐顶进行结构分析、寻找解决办法。利用Workbench建立罐顶有限元数值模型,分析设计工况下罐顶的应力、变形和罐顶处的螺栓强度;采用控制变量法进行罐顶结构分析,分析对比部件参数对应力、变形和螺栓强度的影响,并对罐顶进行修复与试验验证。结果表明:中心立柱高度是影响罐顶失效的主要因素,随着中心立柱的升高,内外膜施加的向心拉力减小,罐顶各部件应力、变形与螺栓强度得到了有效的控制。罐顶结构的修复提高了罐体整体的可靠性,为膜顶栓接沼气储罐的结构设计提供了思路。

摘要：为了研究密封端面材料配对对干摩擦机械密封性能的影响,使用自主设计研发的干摩擦机械密封试验系统,选择浸锑石墨、浸树脂石墨,分别与38CrMoAlA(不喷涂)、38CrMoAlA(表面喷涂Cr 2O 3)、40CrNiMoA(表面喷涂Cr 2O 3)3种典型的材料配对进行干摩擦和磨损试验,并对端面温升、磨损率、摩擦功耗和泄漏率等试验结果进行对比分析。结果表明:在干摩擦状态下,对于不同材料配对,摩擦磨损规律显示出了多元性;在6组端面配对中,浸锑石墨与38CrMoAlA(表面喷涂Cr 2O 3)配对性能最佳,浸金属石墨更适用于极端工况,摩擦磨损性能更佳,但浸树脂石墨材料密封性能更好,泄漏率更小;动环表面喷涂材料可有效提高动环表明硬度,优化表面结构,改善动环摩擦磨损性能和密封性能;动环基体材料对配对性能影响不可忽视,导热效果好、线膨胀系数低的材料可降低端面温度。