核主泵用流体动压型机械密封耦合模型及相关性能分析

为了研究密封环组件的接触和密封端面的流固耦合作用,以某型核主泵用流体动压型机械密封为例,然后采用有限差分法和有限单元法,利用数值迭代技术,并且与密封组件三维多场耦合模型相结合,最后确定耦合场的计算.主要对高压下密封端面变形的特点和规律以及密封压力对密封性能的影响进行研究.研究成果表明：高压侧密封深槽受密封环端面挤压所产生的径向收敛锥度和周向波度的影响最大,密封端面锥度的形成与密封环宏观结构密切相关.可以采用将动压深槽加工在软质密封环端面上的方法减小在高压下形成的大波度.     

辅助密封影响下机械密封端面变形行为的研究

采用整体接触有限单元法,考虑"O"型辅助密封圈的影响,计算了不同压力下机械密封端面变形行为.结果表明:密封端面变形造成发散型密封间隙,高压下变形较大,密封性较差;辅助密封圈对与之接触的动环变形影响较大,在低压时其端面变形与压力呈非线性关系,而在高压时呈线性关系;为减小端面变形,应对密封环结构进行合理设计,限制辅助密封圈处的密封间隙大小.     

反应堆压力容器用C形密封环的变形特性研究

核电站反应堆压力容器是主回路冷却剂压力边界的核心设备,其顶盖法兰与筒体法兰的密封是设计和制造的关键技术之一,对核电机组的长期安全运行具有重要的作用。采用有限单元法对反应堆压力容器顶盖法兰使用的C形密封环的变形特性进行了研究,并与试验获得的C形密封环的载荷—位移曲线进行了比较。研究结果表明,有限单元法建立的分析模型较好地模拟了C形密封环的变形特性,计算与试验结果吻合良好;可对C形密封环非线性的载荷—位移曲线进行分段线性化处理;C形密封环的尺寸参数影响其变形特性。     

波度端面机械密封温度场的有限元分析

考虑波度密封端面的粘性生热和润滑液膜与密封环之间的热作用,建立了包括密封环和液膜在内的流固热耦合模型,采用流线迎风有限单元法求解了雷诺方程、热传导方程和能量方程,研究了液膜膜厚、波数、波幅、坝宽比、转速及密封压力等参数对密封环温度场和液膜温度场的分布规律的影响。结果表明:波度对密封端面起到了冷却作用;密封环和液膜温度随着膜厚、波幅增大而降低,随转速、坝宽比增大而升高,波数和密封压力对温度的影响不大。     

干气密封热变形影响因素分析

热变形是影响干气密封性能、使用寿命及密封失效的主要原因之一.以某合成气压缩机T型槽干气密封稳态时动环的热变形分析为例,基于有限元分析软件ANSYS,详细研究了工况参数、材料参数、几何参教等对密封环热变形的影响.数值模拟结果表明:低速工况下密封环热变形较小,约束条件和几何形状对密封环端面热变形曲度影响更为显著,几何参数对密封环端面变形影响比材料参数更大;并得出了各因素对密封端面热变形量和热变形锥度影响的因次顺序.分析结果对于密封环变形的控制、密封设计及优化具有指导意义.     

高温高压和高速工况下SCO2动压密封端面的热弹变形研究

在高参数工况下,超临界二氧化碳(以下简称SCO_2)动压密封的端面容易发生热弹变形,从而影响动压密封性能,针对该问题,建立了SCO_2动压密封热流固耦合数值分析模型。在考虑了粘性耗散的基础上,求解了密封环温度场,采用CO_2真实物性数据求解了流体膜压力场,将温度场和流体膜压耦合到密封环上,求解了密封端面的热弹变形;对比研究了热变形和弹变形对热弹总变形的影响,分析了转速、压力和温度对密封端面热弹变形的影响规律,提出了减少热弹变形的方法。研究结果表明:SCO_2在动压密封高温下宜减小密封环的温差,以减小端面变形,高压下宜采用高弹性模量材料以减小端面变形,高转速下依靠动环热变形与弹性变形互相抑制关系以减小端面热弹总变形;密封环的端面最大轴向间隙与介质温度呈线性关系增大,与压力呈线性关系减小;转速则使其先减小,后增大。     

基于Pro/E平台下的机械密封热变形分析

利用Pro/E的热力学分析对机械密封的动环进行有限元分析,通过对密封环摩擦热、搅拌热等因素的分析计算,分析密封环端面温度对密封环结构变形的影响。结果表明:内流式机械密封端面温度径向呈近似抛物线分布;密封环内的温度梯度使密封环产生热变形,导致形成圆锥型的端面;热变形会使密封环产生内应力。     

渣浆泵双端面机械密封密封环热力耦合分析

针对磷酸厂渣浆泵机械密封因端面变形而导致的使用寿命缩短问题,以渣浆泵背对背型双端面机械密封密封环为研究对象,采用整体法,根据实际工况建立密封环热力耦合三维计算模型,研究密封环温度场分布及端面变形情况,分析不同工况下密封环热力变形对机械密封正常工作的影响.结果表明:密封环最高温度出现在静环内侧,且温度沿径向朝静环外侧逐渐...     

超临界二氧化碳干气密封热-流-固耦合建模与变形特性分析

为研究超临界二氧化碳干气密封密封环的变形分布,揭示工况条件对密封环变形的影响规律,在考虑CO_2真实气体效应的同时,建立考虑密封环对流换热的热-流-固耦合计算模型,借助CFD和CSM计算机仿真技术,研究超临界二氧化碳干气密封动、静环在多重载荷共同作用下的变形规律。研究结果表明:密封环轴向最大热-流-固变形出现在耦合面,热变形和力变形方向相反,其中热变形起主导作用;转速增大,密封环最大轴向热变形和力变形增大,动环最大轴向热-流-固耦合变形减小;介质压力增大,动环和静环最大轴向力变形分别增大66.25%和6.18%,最大轴向热变形和热-流-固耦合变形均减小;进口温度上升,动环和静环最大轴向热变形分别增大40.79%和34.90%,最大轴向力变形基本不发生改变。     

激光加工多孔端面机械密封变形的数值分析

针对离心泵用激光加工多孔端面机械密封,通过采用有限元法求解雷诺方程获得密封端面流体膜压分布,计算了不同约束、不同结构动、静密封环的力变形以及端面泄漏量、液膜刚度和刚漏比等密封性能参数,分析了变形对密封性能的影响。结果表明:端面变形对密封性能影响很大,将导致泄漏量增大,刚漏比减小;密封环的约束对变形起着重要作用,选择合适的约束可以减小密封面转角,提高液膜刚度,增强密封工作稳定性。     

船舶艉轴密封环机械变形有限元分析

对于船舶艉轴密封环内外侧工作介质压差引起的密封端面变形,传统采用的分析方法隔离体法和整体粘接都假定密封端面必须始终完全接触,忽略了动、静环密封端面变形的差异,不能反映高介质压力下密封端面的局部接触问题。本文基于接触理论提出了整体接触法,对船舶艉轴密封环内外侧工作介质压差引起的密封端面变形进行了有限元分析,保证了端面受力与变形的协调,实现了端面接触力的自动求解和静密封环的平衡。有限元分析结果表明,密封端面在力和力矩作用下产生锥形变形,形成接触闭合区和锥形开口区,且在接触区有应力集中。     

船舶艉轴机械密封温度场与热变形分析

船舶艉轴机械密封在运转时,密封环端面温度的分布及热变形对密封的泄漏有重要的影响。为了提高机械密封的密封性,采用有限元分析方法,运用整体法和分离法对机械密封的动、静环的温度场、热变形进行分析,研究在不同主轴转速下端面温度的变化情况。分析表明:机械密封端面的最高温度出现在接触区域的中间,并向内、外两侧递减;端面摩擦热与主轴的转速有密切的关系,转速越大,产生热量越多,温度越高;密封环的导热系数也对端面温度也有影响,导热系数越高,端面最高温度会越低;端面热变形量内径处大于外径处。     

核主泵用流体静压密封环热装式夹具设计及预变形分析

动静压结合型机械密封是轴封式核主泵所采用的主要密封形式,其中圆锥面密封环是动静压结合型机械密封的核心零件,其加工技术一直是制约核主泵国产化的关键因素之一。热装式夹具是实现密封环预变形的方法之一,可以实现密封环端面锥度变形。文中介绍了热装式夹具的基本结构和工作原理,发现该加工方法具有简单、低成本等特点,能获得较高的表面质量。并运用有限元软件对锥面密封环预变形过程过程进行了模拟,发现加载齿的过盈量与预变形倾角呈线性正相关的关系,而加载齿厚度与倾角之间,当齿厚为3~5 mm时,齿厚与倾角呈负相关的关系,齿厚为1~3 mm时,齿厚对倾角的影响较小。     

变工况机械密封热力耦合特性分析

基于已设计的变工况机械密封为研究对象,建立机械密封二维轴对称模型,采用有限元的方法对变工况下接触式机械密封的动环、静止环进行热力耦合计算,分析密封环端面温度以及密封环端面轴向变形随介质压力和转速的变化规律,并进行试验验证结构设计合理性.结果表明:密封环端面的温度和最大温差,随着介质压力和转速的增大而增大;该结构的密封在...     

机械端面密封计算技术

本文综述了机械密封密封环温度场,密封环变形和密封端面摩擦润滑计算技术的国内外研究现状,介绍了常用的计算方法,并比较了它们的优缺点,指出采用有限元法计算机械密封密封环温度场和变形效果较好,机械密封端面摩擦润滑问题计算的关键是建立合理机械密封摩擦特性模型。     

流体静压式核电站主泵二级密封由接触式到非接触式转变的密封性能分析

利用ANSYS对流体静压式核电站主泵密封的第二级密封动环组件建模,计算得到密封环在高压下的变形情况,通过Fluent对核电站主泵第二级密封在高压情况下端面流场建模,得到密封端面流场的压力分布、速度场及密封的开启力和泄漏量.计算模拟了机械密封环的端面变形及机械密封由接触式机械密封转变为非接触式机械密封过程.结果表明,核电站主泵的第二级密封的动环组件在第一级密封失效的情况下会通过变形形成收敛面非接触型机械密封,并能在工况要求的情况下正常工作.     

螺旋槽机械密封摩擦副界面热力耦合变形分析

基于热力单向耦合理论,对螺旋槽机械密封摩擦副界面的热流体进行Fluent数值模拟,得到密封环的温度场分布规律;将得到的温度场作为边界条件之一导入到密封环端面中进行耦合力变形分析,并研究密封环的转速以及介质压力对动静环最大变形影响。结果表明:动静环的最高温度都出现在液膜和环的接触处,且温度由密封端面开始向两端逐渐降低;密封环的变形量相对于液膜厚度较大,其中静环的变形梯度较动环大,其更容易失效;动静环端面最大变形量随转速和介质压力的升高而增大,在选择工况条件时可适当降低转速和介质压力来减少端面变形量。     

热弹变形对核主泵用流体静压型机械密封性能的影响

针对核主泵用流体静压型机械密封在高压和高速条件下,其密封性能易受端面热弹变形影响的特点,通过建立收敛台阶端面流体静压型机械密封的稳态传热模型,并考虑流体粘度随压力、温度的变化,建立端面流体膜压力和密封环温度的控制方程,采用有限差分法求解各控制方程,采用有限元法求解密封环热、弹变形,对密封进行流、固、热耦合分析,研究热弹变形对密封性能的影响;同时改变操作参数,研究端面温度、热弹变形、端面流体膜平衡间隙等随之产生的变化规律.结果表明,端面的弹性变形大于热变形;热弹变形的综合影响使端面由外径向内径形成收敛间隙,导致开启力、泄漏率和液膜刚度增加;动环角速度越高,流体温升越大,端面热变形越明显,泄漏率越大;流体注入温度越低,温粘效应越显著;流体注入压力越高,热弹变形量越大,密封端面平衡间隙亦越大.     

小弹簧平衡型大直径釜用机械密封环的变形和应力分析

本文用数值计算法中的有限单元法和边界元法的等价有限元结合解法,对204型小弹簧平衡型大直径(φ110)釜用机械密封环(图1)的变形和应力进行计算;并讨论由载荷和温度所形成的三种工况对不同材质密封环的变形和应力的影响。     

核主泵用流体静压型机械密封性能的影响因素研究

以核主泵(Reactor coolant pumps,RCP)用流体静压型机械密封(Hydrostatic mechanical seal,HS-MS)为研究对象,考虑辅助密封圈的影响,采用MSC Marc有限元软件建立完整的动环组件非线性二维轴对称有限元模型,给出合理的动环简化边界约束条件;在此基础上,考虑密封端面间流体薄膜中液体的黏温与黏压效应,建立核主泵用流体静压型机械密封的多场耦合数值模型,采用有限差分法对Reynolds方程、能量方程、热传导方程等控制方程进行耦合求解,利用有限元法计算密封环端面热力变形,综合分析螺钉预紧力和O形圈位置对密封性能的影响。结果表明:合理的密封环约束边界简化模型对分析和设计流体静压型机械密封至关重要;螺钉预紧力和O形圈位置对密封性能影响显著。预紧力增大使开启力增大,泄漏率也变大;O形圈位置靠近外径时密封稳定性下降。