可调控型气膜润滑密封静压结构参数优化

鉴于可调控型气膜润滑密封(R-GLS)静压效应对密封性能的重要影响,开展该种密封端面静压结构的研究。基于气体润滑理论,采用有限元法求解了R-GLS端面间气膜的雷诺方程,研究了不同转速条件下静压结构对平衡膜厚、气膜刚度、泄漏率和摩擦功耗等密封性能的影响规律,并开展了该种密封静压结构的优化分析。对比了相同工况下静压式、泵出式和泵入式3种R-GLS的密封性能。结果表明:当节流孔直径0.05 mm< d <0.2 mm,量纲1均压槽深度0.005< H <0.015,量纲1均压槽宽度0.02< W <0.05时,R-GLS能获得较佳的密封性、气膜稳定性和较低的摩擦损耗;当量纲1节流孔位置0.3< R <0.6时能获得较大的工作间隙和较优的密封性,0.1< R <0.3或0.55< R <0.7时能获得较好的气膜稳定性;泵出式密封能在保持较大平衡膜厚、优秀气膜刚度的同时兼具较低的泄漏率;泵入式密封可以实现调控气向外零泄漏。     

配合间隙对蜂窝夹层结构板芯胶接质量的影响与研究

设计制作了一系列带有不同配合间隙的蜂窝夹芯结构试验件,并对试验件的内部性能和机械性能进行了测试,分析了配合间隙对蜂窝夹层结构胶接性能的影响。研究发现当蜂窝芯与面板的配合间隙大于胶膜的厚度时就会发生板芯脱粘;当使用发泡胶对配合间隙部位进行局部补偿时,可以获得合格的板芯胶接质量,且不降低结构的机械性能;对配合间隙使用胶膜校验检测时,低真空度有利于校验结果的可靠性,从而确保板芯的胶接质量;且蜂窝芯型面加工成阶梯状相比斜平面更有利于板芯胶接的质量。     

偏心工况下梳齿、蜂窝与蜂窝-梳齿密封的泄漏特性

针对化工行业中透平机械运行过程中梳齿及蜂窝密封存在的偏心问题，本文搭建了高速旋转密封试验装置，通过试验真实还原化工行业高速旋转机械不同密封径向偏心和角向偏心工况，开展了不同径向与角向偏心状态下的不同结构密封的泄漏特性试验研究，揭示了偏心下梳齿密封、蜂窝密封及蜂窝-梳齿组合密封的封严机理，为化工透平机械的梳齿密封与蜂窝密封的设计与优化提供理论支撑。本文主要对比了梳齿密封、蜂窝密封及蜂窝-梳齿组合密封在径向偏心与角向偏心工况下的泄漏特性。主要结果表明：蜂窝-梳齿结构在所有测试条件下泄漏率最大，但其对偏心的敏感程度最低，受偏心的影响程度最小；蜂窝-光轴结构在所有测试条件下泄漏率最小，可以有效阻碍气体流动；梳齿-光轴结构在所有测试条件下对偏心的敏感程度最高，受偏心的影响程度最大，体现出显著的不稳定性。     

泵出型螺旋槽油气密封泄漏特性及参数影响研究

以泵出型螺旋槽油气密封为研究对象，基于油相和气相连续性方程推导并建立了油气密封流场求解的双相雷诺模型，采用有限体积法离散和编程求解获得了油气密封介质流场分布，对比分析了商用软件VOF模型、单相雷诺模型和双相雷诺模型在求解油气密封流场中的计算精度和效率，研究了密封间隙、油气比、转速、介质压力等运行参数和密封环尺寸对油气密封流场和稳态性能的影响，重点探讨了油气密封近零泄漏特性及其关键影响因素。结果表明，提出的双相雷诺模型求解方法是一种高精度、高效率的油气密封流场数值模拟方法，具有与商用软件VOF模型近似的精度，但计算时间降低1个数量级；油气密封的介质泄漏特性和近零泄漏压差主要受到密封间隙、转速和端面宽度的影响，通过上述参数的合理取值有望实现油气介质的零泄漏。     

接触式机械密封端面磨合过程平均膜厚预测

为研究和掌握接触式机械密封端面磨合过程平均膜厚的变化规律,采用分形参数表征磨合过程中密封端面形貌的变化,基于机械密封端面接触分形模型,通过求解端面上微空穴的体积,建立接触式机械密封端面平均膜厚预测模型。对两套B104a-70型机械密封进行磨合试验,试验密封流体为20℃清水,压力为0.5 MPa,转速为2900 r·min^-1,弹簧比压分别为0.15 MPa和0.3 MPa。研究结果表明,随着磨合过程的进行,软质环端面迅速趋于光滑,端面平均膜厚迅速减小;当进入正常磨损阶段后,两套机械密封试件的平均膜厚均稳定在0.295 μm左右。这也表明,密封端面的形貌对平均膜厚的影响较大,而弹簧比压对平均膜厚的影响较小。掌握磨合过程中端面形貌及平均膜厚的变化规律,对接触式机械密封实际运行时端面间工作特性的预测和密封端面设计具有重要意义。     

终聚釜用机械密封失效分析及改进措施

在聚酯装置开车过程中,终聚釜搅拌轴机械密封发生2次泄漏事故.通过对机械密封承受的弹簧比压、端面比压与轴向合力分析,发现弹簧比压低与隔离液压力波动是导致机械密封发生泄漏故障的主要原因;通过增加弹簧钢丝直径和PLAN54隔离液的密封油站技术改造解决以上问题,机械密封能够稳定、可靠运行.     

传热模型对近临界工况CO2干气密封温压分布和稳态性能影响

干气密封流体膜与密封环间传热模型的合理选取对于准确求解密封温压分布和稳态性能至关重要。在CO₂近临界工况下,对比研究了密封环等温模型、绝热模型和共轭热传递模型对超临界CO₂干气密封端面温度、压力分布和开启力、泄漏率等稳态性能的影响,探讨了不同膜厚和转速条件下密封环等温模型和绝热模型的适用性,并基于共轭热传递模型研究了超临界CO₂和空气介质干气密封的温压分布和稳态性能差异。结果表明：以共轭热传递模型计算结果为基准,密封环等温模型假设适用于小膜厚低速流动工况,不过开启力偏低而泄漏率偏高,绝热模型假设适用于大膜厚高速流动工况;相较于空气介质干气密封,超临界CO₂干气密封在小膜厚下的温度分布和大膜厚下的压力分布基本接近,不过小膜厚下的温度更低,而在大膜厚下的压力更高。     

泵用平衡型波纹管式机械密封的研究

研究设计了一台弹簧比压可调的机械密封试验台，并对平衡型波纹管式机械密封的弹簧比压、转速、介质压力、泄漏量以及摩擦扭矩等数据进行了测试。结果表明，运行中的机械密封存在一个适宜的密封工作点，通过对弹簧比压的控制与调节，可实现这一工况。     

上游泵送机械密封润滑膜固体颗粒沉积特性研究

上游泵送机械密封运行中常因固体颗粒沉积而出现动压槽堵塞失效现象，为了对微间隙润滑膜固体颗粒沉积特性进行研究，建立了密封润滑膜三维几何模型和气液固多相流计算模型，应用Mixture模型和DPM模型模拟研究了不同颗粒直径、转速、介质压力、颗粒进口体积分数和润滑膜厚度对固体颗粒沉积特性的影响规律。研究表明：来自润滑膜内径侧固体颗粒的沉积率及沉积区域均与颗粒直径、颗粒进口体积分数、密封工况和润滑膜厚度等参数有关，粒径较小、转速增大、介质压力增大和膜厚减小有利于降低颗粒沉积率；螺旋槽低压区是颗粒沉积的主要部位，且粒径、颗粒进口体积分数、转速和膜厚增大，介质压力降低，使沉积区域明显向外槽根拓展，这是螺旋槽易出现堵塞失效的原因；低转速时易在坝区出现颗粒沉积，非槽区的沉积颗粒呈周向分布。     

芳纶纸蜂窝芯条胶与国产芳纶纸的匹配性研究

本文探讨了J80芯条胶与国产YT822芳纶纸的匹配性,分析了芯条胶胶液黏度和涂胶辊参数对国产YT822芳纶纸浸润的影响规律。研究表明,J80芯条胶的胶液黏度在25s时,浸润性最好,蜂窝的节点强度最高;选择出2. 75规格蜂窝网纹宽度为2. 2mm、网纹深度为0. 17mm的涂胶辊,制作出的蜂窝格形更均匀饱满,孔格规整性好。     

摩擦副界面微造型序列对气体密封性能的影响

摩擦副表-界面的微型结构具有减少摩损、提高润滑性能等作用。在动、静环摩擦端面开设微槽与微孔的复合微造型跨尺度润滑气膜计算域模型，利用独有block映射技术的ICEM软件进行结构化网格划分，并对流场进行数值模拟。以密封的工况条件为出发点，结合微造型结构尺寸，从气膜开启力、泄漏量、润滑气膜摩擦系数及壁面剪切力四个方面展开讨论，结果表明：在介质压力和转速相同时，微孔的覆盖比对气体密封性能影响较大，增幅为5%～8%，并且当覆盖比为50%时气体密封的性能可达到最佳。之后以此为基准改变该模型微孔的密度、深度、直径，通过研究四种参数的变化规律发现微孔的密度和直径对密封性能提升较大，增幅为7%～8%，并且微孔密度为12.5%，深度为10 μm，直径为400 μm时气体密封性能可达到最佳水平。     

直线深槽机械密封性能试验研究

针对直线深槽型机械密封的密封性能进行了试验研究,并考察工况参数和端面几何参数对密封性能的影响规律.试验结果表明,此密封在较高PV值的工作条件下运转稳定,且泄漏率低,摩擦系数小.与无冲洗情况相比,有冲洗时密封泄漏率较小,而且转速越高,有无冲洗情况下的密封泄漏率差别越显著.转速升高时,试验密封的泄漏率和摩擦系数均增大.压力升高时,试验密封的泄漏率呈非线性增大,而摩擦系数则降低.端面深槽的径向位置越靠近中心,密封的泄漏越大、摩擦系数越小.此项研究对于深入探索深槽密封的机理具有一定的实践意义.     

颗粒介质用机械密封热力耦合变形及摩擦磨损研究

在含有颗粒介质的工作环境中下,硬质材料配对机械密封环的热力耦合变形和摩擦磨损对机械密封的泄漏和使用寿命起着至关重要的作用。考虑动静环和颗粒介质的摩擦,试验测定了摩擦系数,建立了动静环热力耦合的有限元计算模型,研究了WC-Co硬质合金和无压烧结碳化硅（SSiC）陶瓷两种硬质材料密封的温度场和端面变形规律,分析了不同工况下的密封间隙变化规律。试验测试分析了密封环温度、磨损前后的泄漏及表面粗糙度,讨论了端面的磨损机理,验证了计算模型的准确性。结果表明：考虑动环磨粒摩擦热的有限元模型能准确地预测密封的温度和端面变形;耦合作用下动静环端面呈现外径脱离、内径贴合的变形,且变形差异程度随压差和转速的增大而加剧;变形导致端面磨痕分布不均匀,内径磨痕较严重。WC-Co硬质合金配对密封环的端面变形小、泄漏量小,高硬度WC颗粒对Co基体能产生很好的“阴影效应”,具有良好的耐磨粒磨损性能。SSiC陶瓷材料韧性差,易产生片状磨屑,形成过渡型磨粒磨损,材料耐磨性较差,泄漏量增加明显。在磨粒工况下,WC-Co硬质合金机械密封具有泄漏小、耐磨性强的特点。研究结果为颗粒介质中机械密封的材料应用及设计优化提供了参考。     

自泵送流体动压型机械密封性能分析

基于离心泵工作原理提出了一种自泵送流体动压型机械密封,并运用Fluent软件对自泵送型槽进行了三维流场动力学仿真分析,探讨了几何参数和工况参数对自泵送流体动压型机械密封性能即端面开启力和泄漏率的影响。研究结果表明:转速增大,开启力和泄漏率均减小;介质压力、槽台宽比、引流孔孔径及螺旋角增大,开启力和泄漏率均增大;随着槽数、槽长坝长比的增大,开启力均有所降低,泄漏率略有增大;槽深对开启力和泄漏率的影响趋势相似,存在一个使开启力较大而泄漏率较小的槽深;通过型槽参数匹配,自泵送流体动压型机械密封可以获得足够的开启力和较低的泄漏率。     

非规则V形表面织构化机械端面密封性能研究

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。     

考虑表面粗糙度的柔性箔柱面气膜密封紊流特性分析

柔性箔柱面气膜密封是一种可适应氢气压缩机高速转子大变形的密封结构新形式，该密封结合了气膜楔形动压和箔片柔性来实现高性能密封，但是目前高速环境下紊流与表面形貌的相互关联机制对柔性箔柱面气膜密封性能的影响规律缺失，因此本文以表面粗糙度为主要考量因素进行周期性分析计算，并设计了不同表面粗糙度变化对高转速柔性箔密封性能启停循环实验的影响。研究结果表明，当表面形貌不规则度越高，中性面产生的压力波动越大；泄漏率和气浮力随着表面粗糙度的增加而增加，动态特性系数气浮刚度则呈下降趋势，因而气膜稳定性降低；循环周期实验下，气膜密封存在迟滞现象，表面形貌的不规则越高，密封迟滞能越大，另外，受弹性元件、系统摩擦与转速瞬态变化的影响，柔性箔柱面气膜密封会出现反迟滞现象。     

基于质量守恒的LaserFace液体润滑机械密封数值分析

针对传统Reynolds空化边界不能准确预测机械密封泄漏率的问题,采用JFO空化边界条件,建立了基于质量守恒的LaserFace液体润滑机械密封数学模型,采用流线迎风有限单元法求解润滑方程,对比分析了不同操作工况下4种不同端面型槽结构(普通端面、仅含引流槽端面、仅含回流槽端面、激光脸)的密封性能。结果表明:所建立数学模型可准确预测机械密封泄漏率,LaserFace端面在低速时易于打开,高速低压下回流槽具有明显回流泵送作用,LaserFace端面机械密封泄漏率显著低于仅含引流槽端面,摩擦系数小于普通端面,综合性能明显优于其他型槽结构。     

非规则V形表面织构化机械端面密封性能研究

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。