往复密封中星型密封圈的密封性能分析

建立星型密封圈和O型密封圈的有限元模型,分析它们在静密封和往复动密封中的密封性能,并对影响星型密封圈往复密封特性的流体工作压力、往复运动速度、预压缩量和摩擦因数进行分析.结果表明,在静密封中,星型密封圈的密封性能比O型圈好,但其内应力较大,容易发生失效;在往复动密封中,密封圈的密封性能随时间呈现波动变化,星型圈比O型圈更适宜用于动密封中;星型圈在内行程中的密封性优于外行程,但其随时间波动较大;星型圈的最大接触应力并不与工作压力和运动速度呈线性关系,预压缩量和摩擦因数对星型圈内行程中的密封性能影响较小,而对其外行程影响较大.     

O形圈动密封特性的有限元分析

利用软件ABAQUS建立了O形圈的轴对称有限元模型,分析了其在往复动密封中的密封性能,并对其不同工况下的力学性能进行了研究。结果表明:往复动密封中,O形圈主密封面最大接触应力与Von Mises应力的作用位置随运动方向的变化而改变,且大小随时间呈波动变化;速度小于0.25 m/s时,速度对摩擦力与剪切应力几乎无影响;随着摩擦系数、介质压力的增大,摩擦力与剪切应力对速度的敏感性变高;介质压力与摩擦系数对摩擦力与剪切应力影响较大,剪切应力与摩擦力呈同步变化;密封外行程Von Mises应力与剪切应力均大于内行程,更易引起疲劳与剪切破坏;预压缩率增加到一定值时,O形圈在动密封中所受的摩擦力急剧上升,动密封中预压缩率不宜过大。     

基于水下温度的O形圈密封分析

水下3 000 m处环境温度较低,为了分析水下环境温度对O形圈密封性能的影响,通过ANSYS软件建立了O形圈静密封的二维模型,分析了水下O形圈在空载和承载状态接触应力、切应力、等效应力的变化。结果表明:水下O形圈各种应力均满足密封要求,但应力值变大,更容易发生破坏。     

往复密封轴用Y形密封圈密封性能分析

为研究往复密封轴用Y形密封圈在静、动密封工作时的密封性能,利用有限元软件ABAQUS建立了Y形密封圈二维轴对称有限元模型,讨论了工作压力、密封间隙、往复运动速度、摩擦系数对其密封性能的影响。结果表明:静密封工作时,Y形密封圈内部应力基本呈对称分布;动密封工作时,Y形密封圈内唇侧应力明显大于外唇侧应力,外行程应力变化波动幅度大于内行程相应应力变化波动幅度,外行程更易引起密封圈失效;Y形密封圈根部、上端开口处、内唇唇口、密封圈与活塞轴接触区域较易发生失效;Y形密封圈最大接触应力均大于相应工作压力,具有较好的密封性能;往复运动速度对最大Von Mises应力影响较小;工作压力、密封间隙、摩擦系数对最大剪切应力影响较大。     

基于斯特封的飞机作动器主密封有限元分析

斯特封作为常用的往复密封圈,在密封过程中起着重要作用。选用斯特封作为飞机作动器密封的主密封件,首先通过单轴压缩实验获得斯特封D形圈和阶梯圈的材料参数,然后利用ABAQUS软件完成斯特封在不同工况下的有限元仿真。通过设置往复密封系统的结构、材料、工况等参数,选择流体压力渗透载荷加载方式,获得斯特封在不同油液压力时过盈安装后和内外行程的应力应变云图及阶梯圈唇口、底部的接触压力分布和接触宽度,为建立往复密封数学模型提供了参数。     

旋冲载荷下传动轴组合密封沟槽敏感参数研究*

随着勘探深度的增加,地层压力升高和岩石硬度增加,螺杆钻具经常发生横向涡动、纵向跳动、扭向振动及黏滑现象,限制了冲击螺杆钻具的推广应用。为研究高温、高转速和往复运动耦合作用下传动轴总成密封特性及参数敏感性具,对比相同工况下星形圈、O形圈和组合圈密封特性,得到不同密封圈在静密封、动密封状态下接触压力分布,根据主密封面接触压力判定方法得到最佳密封圈结构。根据该结构研究沟槽敏感参数,并讨论沟槽形状、位置、数目和宽度等对组合圈密封特性的影响。结果表明:组合圈密封效果远远优于O形圈及星形圈;沟槽形状采用等腰三角形、沟槽数目为3时密封性能最优,沟槽位置于中间最合理;静、动密封状态下,主密封面接触压力随沟槽宽度增大而增大,而静密封状态下次接触面接触压力及O形圈应力几乎不变。     

氟橡胶O形圈往复运动回弹摩擦特性实验研究

对低气体压力密封条件下氟橡胶O形圈的往复运动回弹摩擦特性展开实验研究。采用O形圈往复摩擦磨损实验台对氟橡胶O形圈与2Cr13不锈钢摩擦副摩擦力-位移曲线进行测量,分析运动位移、压缩率和密封压力对氟橡胶O形圈回弹摩擦性能的影响规律。结果表明:6%~15%压缩率条件下,在1 mm往复运动范围内,氟橡胶O形圈的回弹摩擦力随位移增加呈现线性增加;往复运动位移超过1 mm后,氟橡胶O形圈的回弹摩擦力稳定,不再随位移增加而发生明显变化;O形圈回弹摩擦力随压缩率增大而增大,密封压力越高回弹摩擦力越大。     

基于混合润滑模型的往复密封动特性研究

为研究往复运动密封性能,采用MatLab数值方法建立一种混合润滑模型,该模型包含弹性力学、流体力学和接触力学分析。基于混合润滑模型,研究粗糙度和往复速度对动态往复密封摩擦力、泄漏量和油膜厚度等密封性能的影响规律,揭示液压往复密封机制。结果表明:往复运动密封圈处于混合润滑状态,接触区不仅有流体压力,还包含粗糙度接触压力;存在临界粗糙度σ_c和临界速度u_c,当粗糙度σσ_c时,随粗糙度的增大内行程的泄漏表现为越来越小的内泄漏,当σ≥σ_c时,随粗糙度的增大内行程的泄漏表现为越来越大的外泄漏;当速度uu_c时,净泄漏量随速度的增大表现为越来越小的外泄漏,当u≥u_c时,净泄漏量随速度的增大表现为越来越大的内泄漏;随着粗糙度的增加,膜厚与内行程的摩擦力增大,而外行程的摩擦力无明显变化;随着速度的增加,油膜厚度增加,内行程摩擦力减小,而外行程摩擦力变化很小。     

基于正交试验的深海Y形密封圈结构优化

为提高深海极端环境中Y形圈的密封性能,采用有限元仿真分析Y形圈往复运动中接触应力和剪切应力的特征,通过正交试验分析Y形圈的根部倒角、唇底深度、唇间夹角、唇底圆角半径、唇边长度5个截面参数对其最大接触应力和最大等效应力的影响规律。结果表明：Y形圈根部倒角对密封影响最大,唇底深度、唇间夹角和唇底圆角半径对密封性能的影响次之,三者的影响程度基本相当,唇间夹角对密封影响最小。提出一种优化的Y形圈结构,研究表明,其最大接触应力提高3.99%、最大等效应力降低20.50%;当从海面到下潜到深海5 km的过程中,Y形圈最大接触应力、最大等效应力优于优化前,二者增幅都小于5%。相关研究有效提高了Y形圈在深海环境中的密封性能和可靠性,具有工程应用指导意义。     

深海活塞压力平衡器组合密封结构设计与分析

活塞往复动密封是活塞压力平衡器核心部件,传统活塞往复密封在深海大压力下容易出现爬行、泄漏等现象。基于传统油压往复密封理论,提出一种新型串联式组合往复动密封结构,该结构以矩形直通式迷宫密封为前置密封,以星形密封圈为主密封。通过有限元分析验证迷宫密封对流体压力耗散作用,并确定出星形圈初始压缩率。研究表明:迷宫密封对流体压力具有明显耗散作用,可为主密封创造有利的密封条件;主密封接触应力大于静水压力,结合密封判定条件,可判定新型组合密封整体性能满足设计要求。     

矩形密封圈的增效运行参数研究

建立矩形密封圈的混合润滑模型,分析工作压力、活塞杆运行速度和密封件粗糙度对轴向往复用矩形密封圈的摩擦力矩、泄漏量的影响。结果表明:过大的密封压力会对密封件造成损坏,使得摩擦力和净泄漏量极速增大;往复速度的增加会使摩擦力线性增大,直线往复密封的净泄漏量随着表面粗糙度的增大表现为越来越大的增量。利用田口实验设计方法对矩形密封圈操作压力、运行速度和密封件粗糙度进行正交试验,分析得到最优参数组合,并得到各影响因素对密封性能的影响程度由大到小依次为往复速度、粗糙度、密封压力。     

海工装备液压缸多重组合式密封结构设计与仿真分析

针对单个密封圈易磨损导致密封失效,且更换密封件过程繁琐的不足,设计多重组合式密封结构。该设计在单个密封圈密封结构的基础上,在活塞杆内侧设置两个起缓冲作用的密封圈,在缸底增加一个密封圈,构成多重组合式密封结构。通过有限元仿真,分析在均匀分布的不同压力下,单密封圈密封结构和多重组合式密封结构中的密封圈随着活塞杆往复运动时,密封圈的最大承载与受挤压形变,探究密封圈使用寿命和应力集中区域的变化。结果表明：多重组合式密封结构能够有效减小密封圈所承载的压力,密封圈使用过程中无明显挤压磨损现象,使用寿命延长,验证了多重组合式密封系统的有效性与可行性。     

直线往复压缩机连杆油封失效原因分析及对策

分析一种直线往复压缩机连杆油封在振动及摇摆环境下的密封失效原因,指出其故障根源来自于油封唇口的椭圆应变以及往复迟滞行为,对此采取了相应的措施:设置刚性随动套以保证油封唇口的圆度周正,设置限移环片以改善油封唇口的跟随性。经试验证实,上述改进措施明显提高了连杆油封的密封效果,达到了预期的目标。     

基于安装过程的O形圈安装结构优化分析

基于有限元分析软件ANSYS建立了O形往复密封圈二维轴对称几何模型,预测了实际安装过程中O形圈的静力学特性行为,分析了操作参数和轴端安装结构参数等对密封圈最大von Mises应力和最大平面剪切应力的影响规律,并给出了保证密封圈可靠安装过程的轴端安装结构参数最优值。结果表明,安装过程中,当密封圈与引入角内端圆角接触时,密封圈所受的von Mises应力和平面剪切力最大,且均发生在密封圈内部靠近空气侧处;减小对摩副接触摩擦因数、使引入角内端圆角半径大于3 mm及合理选择引入角角度均有利于降低密封圈安装受损的风险,这与实际工程经验较为符合。     

斯特林机活塞杆帽式组合密封动密封性能分析

为研究斯特林发动机活塞杆无油润滑帽式组合密封的动密封性能,利用有限元分析软件Abaqus建立帽式密封的二维轴对称有限元模型,基于系统实际工况,研究工质压力对帽式密封性能的影响,得到不同压力下的有效密封区域。静态密封性能分析结果表明,帽式密封环与活塞杆的接触应力是密封的关键,动态密封性能分析结果表明,两者接触应力和密封区域随压力增大而增大,且外行程接触应力略大于内行程。通过热力耦合动态仿真模拟,分析环境温度、摩擦因数、往复运动速度对动密封性能的影响。结果表明:环境温度对帽式密封温度场影响不大,热源主要来自摩擦热;往复运动速度对其密封性能影响也不大,而摩擦因数的影响较大,摩擦因数越小,帽式密封的密封效果越好,使用寿命越长。     

Fluid-solid interaction model for hydraulic reciprocating O-ring seals

Elastohydrodynamic lubrication characteristics of hydraulic reciprocating seals have significant effects on sealing and tribology performances of hydraulic actuators,especially in high parameter hydraulic systems.Only elastic deformations of hydraulic reciprocating seals were discussed,and hydrodynamic effects were neglected in many studies.The physical process of the fluid-solid interaction effect did not be clearly presented in the existing fluid-solid interaction models for hydraulic reciprocating O-ring seals,and few of these models had been simultaneously validated through experiments.By exploring the physical process of the fluid-solid interaction effect of the hydraulic reciprocating O-ring seal,a numerical fluid-solid interaction model consisting of fluid lubrication,contact mechanics,asperity contact and elastic deformation analyses is constructed with an iterative procedure.With the SRV friction and wear tester,the experiments are performed to investigate the elastohydrodynamic lubrication characteristics of the O-ring seal.The regularity of the friction coefficient varying with the speed of reciprocating motion is obtained in the mixed lubrication condition.The experimental result is used to validate the fluid-solid interaction model.Based on the model,The elastohydrodynamic lubrication characteristics of the hydraulic reciprocating O-ring seal are presented respectively in the dry friction,mixed lubrication and full film lubrication conditions,including of the contact pressure,film thickness,friction coefficient,liquid film pressure and viscous shear stress in the sealing zone.The proposed numerical fluid-solid interaction model can be effectively used to analyze the operation characteristics of the hydraulic reciprocating O-ring seal,and can also be widely used to study other hydraulic reciprocating seals.     

加氢裂化装置往复压缩机填料密封故障分析与改造

针对加氢裂化装置C102新型往复压缩机填料密封存在的泄漏问题,对压缩机气缸活塞填料密封结构、密封原理及其密封条件进行研究,在对密封填料函结构和填料受力等讨论的基础上,分析压缩机气缸填料密封失效的主要原因,提出改进填料密封环结构、冷却系统、规范密封环加工工艺程序及优化安装等措施。实践证明,改造后密封效果显著提高,设备使用寿命延长。     

超低温弹簧蓄能密封圈密封性能及试验研究

为研究往复运动弹簧蓄能密封圈的低温特性，通过构建等效弹簧建立二维轴对称模型，采用ANSYS分析弹簧蓄能密封圈在常温环境下装配和介质加压、由常温到低温过程中及低温加压过程中夹套的应力和摩擦力的变化。结果表明：常温和低温下夹套内外唇口为主要承压区，内外唇口的应力、接触压力、接触宽度和摩擦力随压力升高而增大；低温下的接触压力比常温下大，但接触宽度比常温下小，且摩擦力是常温下的2~3倍。仿真结果表明弹簧蓄能密封圈在常温和低温下具有良好的密封性能，通过常温氦气、低温液氮下的密封性能试验，验证了仿真分析结果的正确性，同时也验证了该弹簧蓄能内密封圈在常温和低温下良好的工作性能。     

基于斯特封的往复密封摩擦磨损界面性能实验研究

斯特封是常用的往复密封件,其中斯特封的PTFE圈性能及活塞杆表面材料在往复密封过程中起着重要作用。搭建往复密封实验台,取4组添加碳纤维PTFE的密封圈分别与镀Cr膜活塞杆和镀DLC膜活塞杆进行往复密封台架实验,实验后获取使用过的4组密封圈作为实验样本,并取1个全新未使用的添加碳纤维PTFE的密封圈作为参考样本。通过三维白光干涉表面形貌仪、场发射环境扫描电子显微镜和冷场发射高分辨扫描电子显微镜分别对实验样本的密封唇进行表面形貌、表面磨损和磨损表面元素进行测定。通过实验测定,得出镀膜材料脱落形成磨粒导致密封圈表面磨损。还对密封圈的加工方法和活塞杆镀膜材料的选择提出了建议。