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基于压电陶瓷的机械密封端面变形可控研究 被引量：1
1
作者 尹佳乐 赵文静 +2 位作者 孟祥铠 江锦波 彭旭东 《工程科学与技术》 北大核心 2025年第2期180-190,共11页
针对机械密封运行过程中液膜失稳不可控的问题,本文提出一种基于压电陶瓷的可控机械密封结构,通过调节端面的间隙分布,使机械密封能更好地适应工况条件的变化,以保持稳定的运行状态。首先,基于有限元软件建立了密封静环组件的压电-结构... 针对机械密封运行过程中液膜失稳不可控的问题,本文提出一种基于压电陶瓷的可控机械密封结构,通过调节端面的间隙分布,使机械密封能更好地适应工况条件的变化,以保持稳定的运行状态。首先,基于有限元软件建立了密封静环组件的压电-结构多场耦合仿真模型,分析了压电陶瓷电压和周向分布数量对机械密封静环端面变形的影响规律;其次,设计并搭建了静环端面变形测量装置,研究了压电陶瓷作用下静环端面的变形规律;最后,基于机械密封动静环的多场耦合分析模型,研究了可控机械密封在不同密封工况下的性能调控能力。结果表明:在压电陶瓷作用下,静环端面产生周向波度和径向锥度变形,并且变形量随施加电压的增加而增大,这有利于密封端面快速形成收敛锥形,进而提高液膜动静压效应,提升液膜承载力;随着静环背部周向压电陶瓷个数的增加,静环端面周向波度变形减小,径向锥度变形增大,端面变形趋于周向均匀化,使得密封端面动压效应减弱,静压效应增强,可以更好地维持密封运行的稳定性。多场耦合分析结果表明,通过增大压电陶瓷的电压,机械密封可由接触式逐渐转变为非接触式,这有利于降低密封端面磨损和端面温升,但会导致密封泄漏量增大。研究结果可为可控机械密封的设计提供理论指导。 展开更多
关键词 可控机械密封 压电陶瓷 端面变形 密封性能
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接触式机械密封端面磨损演化特性研究
2
作者 宋凯亮 雷征 +3 位作者 郝木明 李强 任宝杰 李天照 《润滑与密封》 北大核心 2025年第5期37-44,共8页
为探究接触式机械密封磨损演化特性,以浸锑石墨密封环为研究对象,通过不同运转时长的磨损试验,分析多工况下密封端面分形参数随时间的变化规律;建立磨损分形计算模型,探究端面磨损演化特性。研究结果表明:端面磨损率在磨合阶段先增大后... 为探究接触式机械密封磨损演化特性,以浸锑石墨密封环为研究对象,通过不同运转时长的磨损试验,分析多工况下密封端面分形参数随时间的变化规律;建立磨损分形计算模型,探究端面磨损演化特性。研究结果表明:端面磨损率在磨合阶段先增大后减小,在稳定运行阶段逐渐趋于稳定,且磨损率与分形维数呈负相关;提高转速与轴向载荷均会增大磨损率,并加速磨损状态由磨合阶段进入稳定运行阶段;较大的PV值会导致密封端面产生严重的偏磨现象。在后续研究中,可以采用径向分区分别计算各个环带上磨损率的方式,以减小由于偏磨导致现有磨损计算模型产生的误差。 展开更多
关键词 机械密封 端面磨损 磨损演化 分形理论 浸锑石墨密封环
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热力耦合作用下涡轮泵用镶装式机械密封端面变形规律研究
3
作者 余嘉桐 孟祥铠 +3 位作者 赵文静 刘磊 张力豪 彭旭东 《化工学报》 北大核心 2025年第6期2900-2912,共13页
以液体火箭发动机涡轮泵用镶装式机械密封为研究对象,考虑密封静环的过盈配合作用及密封环与环座之间的接触,建立了其深冷工况下的热弹流润滑耦合模型,采用原始对偶内点优化方法 (IPOPT)处理接触带来的变形求解问题,研究了静环镶装过盈... 以液体火箭发动机涡轮泵用镶装式机械密封为研究对象,考虑密封静环的过盈配合作用及密封环与环座之间的接触,建立了其深冷工况下的热弹流润滑耦合模型,采用原始对偶内点优化方法 (IPOPT)处理接触带来的变形求解问题,研究了静环镶装过盈量、转速和密封压力对深冷环境下涡轮泵镶装式机械密封端面变形行为及密封界面的热弹流润滑特性。结果表明,在密封环热力耦合作用及密封组件间的接触作用下,密封动静环端面间产生沿半径方向非单调变化的膜厚分布,深冷环境下的温度变形远大于密封压力的力变形;密封静环的初始过盈量在装配后的研磨去除影响工作状态下密封的液膜厚度分布,静环过盈量和深冷环境下的收缩变形是密封环结构设计中需重点考虑的因素。建立的考虑密封组件接触作用的流固热力耦合模型可为镶装式机械密封环的结构优化提供理论基础。 展开更多
关键词 涡轮泵 镶装式机械密封 深冷环境 原始对偶内点优化
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机械密封端面磨损与焊接金属波纹管失弹的耦合效应研究
4
作者 夏欣龙 倪兴雅 孙见君 《润滑与密封》 北大核心 2025年第7期162-167,共6页
机械密封的劣化往往是由于多种因素的耦合作用,只有考虑机械密封多种劣化模式相关性,即考虑系统中部分或全部变量对系统所有相关劣化模式的综合影响才符合工程实际。以焊接金属波纹管机械密封为研究对象,基于Archard模型与阿伦尼乌斯公... 机械密封的劣化往往是由于多种因素的耦合作用,只有考虑机械密封多种劣化模式相关性,即考虑系统中部分或全部变量对系统所有相关劣化模式的综合影响才符合工程实际。以焊接金属波纹管机械密封为研究对象,基于Archard模型与阿伦尼乌斯公式,以及机械密封中波纹管与端面的耦合关系,推导磨损与失弹的耦合效应模型,并与实验数据进行对比验证。结果表明:波纹管失弹会增大端面泄漏,但会使得端面磨损减小;考虑耦合效应的预测模型的磨损量计算结果要小于Archard模型的计算结果,失弹量计算结果大于阿伦尼乌斯公式的计算结果。运用该耦合模型可以有效提高机械密封失效预测的准确性,更好地解释实际生产中机械密封的失效原因,为延长机械密封的使用周期指明方向。 展开更多
关键词 机械密封 耦合效应 端面磨损 焊接金属波纹管 应力松弛 预测模型
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扩压式自泵送机械密封端面的液膜汽化及其结构优化研究
5
作者 饶远 孙见君 闻兰 《中国机械工程》 北大核心 2025年第5期933-941,953,共10页
针对扩压式自泵送机械密封的液膜汽化问题,建立了基于Mixture两相流模型、黏温方程、饱和汽化压力和温度关系式的液膜汽化计算模型,研究了中高温工况下密封界面间液膜相变的主要区域和原因,并通过均匀实验法和NSGA-Ⅱ算法求得393 K工况... 针对扩压式自泵送机械密封的液膜汽化问题,建立了基于Mixture两相流模型、黏温方程、饱和汽化压力和温度关系式的液膜汽化计算模型,研究了中高温工况下密封界面间液膜相变的主要区域和原因,并通过均匀实验法和NSGA-Ⅱ算法求得393 K工况下的最优端面结构参数。研究结果表明:相变主要产生于扩压环槽和密封面内径侧;随着介质温度的升高,气相体积分数增大以及介质的黏度降低,泵送效应减弱,高压区和低压区面积都减小;在保证密封运行稳定的前提下,求得刚漏比的最优解为257.17 GN·h/(m·L),此时的端面结构参数螺旋角β、密封坝坝长w_(d)、螺旋槽槽长w_(g)、螺旋槽槽深h_(g)、扩压环槽宽w_(k)分别为34.4°、5.2 mm、8.9 mm、43.3μm、5 mm。研究结果对端面结构优化设计、控制液膜相变和提高扩压式自泵送机械密封的密封性能具有指导意义。 展开更多
关键词 机械密封 汽化 流体动压 密封性能 多目标优化
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高速机械密封端面引流槽-环槽复合通道冷却特性与密封性能研究 被引量：1
6
作者 马学忠 崔元召 +1 位作者 肖晓鑫 李聪聪 《润滑与密封》 北大核心 2025年第2期1-10,共10页
针对机械密封在高速工况下跨尺度液膜黏性生热量大,易造成过热的问题,提出端面设有引流槽-环槽复合通道的机械密封端面构型。考虑黏性热效应和湍流效应,通过对比研究螺旋槽(SG)、引流槽-螺旋槽(IG-SG)、环槽-螺旋槽(AG-SG)和引流槽-环槽... 针对机械密封在高速工况下跨尺度液膜黏性生热量大,易造成过热的问题,提出端面设有引流槽-环槽复合通道的机械密封端面构型。考虑黏性热效应和湍流效应,通过对比研究螺旋槽(SG)、引流槽-螺旋槽(IG-SG)、环槽-螺旋槽(AG-SG)和引流槽-环槽-螺旋槽(IG-AG-SG)流动传热过程,揭示引流槽-环槽复合通道的冷却机制,进一步参数化分析其对密封性能的影响规律。研究表明:密封腔内低温流体通过复合通道与内径处的高温流体形成混合流动,产生了显著的热混合效应,从而将内径侧高温区域转移到了环槽外径侧与螺旋槽槽根所夹堰区,显著降低了密封液膜与环体温度;在高速、大压差、小膜厚条件下热混合效应剧烈,当槽深超过60μm时冷却效果达到最佳并趋于稳定。热混合效应显著的冷却作用有效降低了液黏度损失,从而密封承载性能和摩擦学性能大幅提升,这对高速机械密封温度的可控设计与性能提升具有显著的工程意义。 展开更多
关键词 高速机械密封 黏性热 引流槽-环槽复合通道 热混合效应 冷却机制 密封性能
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螺旋槽机械密封端面槽型优化与熵产分析
7
作者 郑国运 谢星 +5 位作者 姜大连 梁彦兵 姚黎明 李香 吴兆山 李鲲 《润滑与密封》 北大核心 2025年第8期186-192,共7页
针对液膜润滑螺旋槽机械密封端面流动损失定量分析问题,采用熵产损失诊断方法,开展螺旋槽机械密封槽型结构优化与三维湍流流场诊断分析;分析不同槽型结构下各类型熵产定量损失,计算密封在不同转速与槽深下泄漏率、开启力与熵产损失,获... 针对液膜润滑螺旋槽机械密封端面流动损失定量分析问题,采用熵产损失诊断方法,开展螺旋槽机械密封槽型结构优化与三维湍流流场诊断分析;分析不同槽型结构下各类型熵产定量损失,计算密封在不同转速与槽深下泄漏率、开启力与熵产损失,获取各类型熵产损失占比随转速与槽深变化规律。研究结果表明:螺旋槽最优参数为螺旋角20°、槽堰比0.42、槽坝比0.63、槽深13μm,优化后的密封端面动压开启能力大,流动熵产损失小;密封湍流与脉动熵产总占比超过40%,在高转速工况下湍流流动损失不可忽略;密封泄漏率与开启力随转速与槽深的增加线性增大,熵产损失随转速呈抛物线形增大,随槽深变化较小;随转速增大,直接熵产损失占比先增大后减小,脉动与湍流熵产损失占比单调递增,壁面熵产损失占比单调递减。 展开更多
关键词 机械密封 密封端面 螺旋槽 熵产损失 多目标优化
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正多边形织构化密封端面的摩擦磨损特性研究 被引量：1
8
作者 刘磊 穆塔里夫·阿赫迈德 樊智超 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2025年第4期27-31,共5页
针对机械密封磨损严重、使用寿命低的问题,以摩擦副密封环为研究对象,通过激光在表面加工正多边形织构,研究了其在干磨条件下的磨损性能,探讨了正五边形织构的耐磨性原因。通过摩擦磨损试验,得到了织构化密封端面的摩擦系数、磨损系数... 针对机械密封磨损严重、使用寿命低的问题,以摩擦副密封环为研究对象,通过激光在表面加工正多边形织构,研究了其在干磨条件下的磨损性能,探讨了正五边形织构的耐磨性原因。通过摩擦磨损试验,得到了织构化密封端面的摩擦系数、磨损系数、磨损量以及磨损形貌图,验证了基于Archard磨损公式的数值模型的正确性,研究了织构形状以及旋转角度对磨损数据的影响。结果表明,正五边形织构试件与无织构试件相比,磨损量减少了44.322%,摩擦系数减少了18.803%;当正五边形织构旋转角度在48°左右时,正五边形织构的磨损量和磨损深度最小;在干磨条件下,不同织构的形状、结构参数对机械密封使用寿命的影响不同,选取合适的织构形状、结构参数有利于提高机械密封的寿命。 展开更多
关键词 机械密封 干磨条件 织构化端面 磨损形貌 摩擦磨损特性
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内装式泵用机械密封摩擦副温度场分析
9
作者 李彦启 李恒玉 +2 位作者 陈港 刘明涛 刘向晖 《机械设计》 北大核心 2025年第4期40-46,共7页
内装式泵用机械密封是一种广泛应用于离心泵、旋涡泵和真空泵的密封结构。在作业时,泵动、静环接触端面产生大量热量,构件产生微观变形,严重时导致密封失效。文中考虑实际工况中温度因素,建立密封环传热模型,分析动、静环在不同材料、... 内装式泵用机械密封是一种广泛应用于离心泵、旋涡泵和真空泵的密封结构。在作业时,泵动、静环接触端面产生大量热量,构件产生微观变形,严重时导致密封失效。文中考虑实际工况中温度因素,建立密封环传热模型,分析动、静环在不同材料、工况下的温度分布和热变形,研究在不同转速下端面温度的变化规律。结果表明:密封环最高温度出现在端面靠近内径处;不同材料组合会降低端面温度,进而减小环的热变形,但材料的热导率过大,会使内外径温差增大,造成热变形分布不均,降低机械密封性能;密封环与密封介质的对流换热系数会随主轴转速的提高而增大,但对热流密度的影响更加明显,总体导致端面温度升高。 展开更多
关键词 端面密封 温度场 热变形 热导率
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机械密封织构化表面粗糙度效应的试验研究
10
作者 穆塔里夫·阿赫迈德 何伟霖 +3 位作者 李振华 邱威 李端正 刘磊 《润滑与密封》 北大核心 2025年第5期78-84,共7页
为了探究机械密封端面粗糙度以及织构对摩擦磨损性能的影响,采用销盘式摩擦磨损试验机,以摩擦因数、磨损量和温升等参数作为表征指标,分析表面粗糙度以及圆形织构对机械密封性能的影响。结果表明:石墨/碳化钨配副下,磨损以黏着磨损和磨... 为了探究机械密封端面粗糙度以及织构对摩擦磨损性能的影响,采用销盘式摩擦磨损试验机,以摩擦因数、磨损量和温升等参数作为表征指标,分析表面粗糙度以及圆形织构对机械密封性能的影响。结果表明:石墨/碳化钨配副下,磨损以黏着磨损和磨粒磨损为主,织构有一定的动压效应,并在乏油情况下可以发挥“二次润滑”的作用,减少干摩擦和润滑不足所导致的磨损;硬环为织构基体时拥有良好的摩擦磨损性能;较高的粗糙度的表面在流体润滑状态下展现出动压效应,即具有一定纹理的表面一定程度上能改善润滑性能,但较高的表面粗糙度下机械密封端面温升较高,容易引起热损伤。研究结果为密封端面微织构设计提供了依据。 展开更多
关键词 机械密封 干摩擦 表面粗糙度 表面织构 流体动压
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涡轮泵动静压混合式密封端面变形及性能研究
11
作者 郑娆 张江腾 +4 位作者 刘志远 刘安 陈凯放 胡鼎国 李双喜 《推进技术》 北大核心 2025年第6期101-114,共14页
动静压混合式气体隔离密封以其抗干扰能力强、耗气量低、工况范围宽的特性,成为大推力液体火箭发动机涡轮泵隔离密封的新发展方向。考虑动静压混合密封实际运行中复杂工况的影响,建立了流固热耦合分析模型,探究了不同供气压力、气膜厚... 动静压混合式气体隔离密封以其抗干扰能力强、耗气量低、工况范围宽的特性,成为大推力液体火箭发动机涡轮泵隔离密封的新发展方向。考虑动静压混合密封实际运行中复杂工况的影响,建立了流固热耦合分析模型,探究了不同供气压力、气膜厚度及工作转速下密封端面变形和密封性能的变化规律,并通过试验验证了仿真模型的正确性。研究结果表明:动压效应的引入显著拓宽了密封的工作范围,不仅在一定程度上降低了密封端面相对变形量,使密封组合变形量仅占端面平均气膜厚度的7%,还使密封在4μm的小气膜厚度具备了最大的开启力和气膜刚度,从而提升了密封装置在高转速、低压力及小气膜厚度等极端工况下的运转稳定性;此外,隔离气耗气量主要受到工况压力变化的影响,密封在低压力工况下运行时可大大减小耗气量。试验结果表明,密封耗气量与仿真值高度吻合,在不同工况条件下密封均保持了非接触的稳定运转状态。 展开更多
关键词 液体火箭发动机 涡轮泵 动静压混合密封 流固热耦合 端面变形 密封性能 耗气量
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机械密封热变形仿真及其对润滑性能的影响研究
12
作者 尚雪梅 冯湛航 +3 位作者 张可飞 王晓鹏 曾群锋 贾谦 《机电工程》 北大核心 2025年第6期1024-1033,共10页
为了解决机械密封在高温、高压、高速等极端工况下的安全性问题,针对工作在高温环境下的涡轮泵螺旋槽机械密封变形的量化及其影响问题,开展了热变形方面的研究。首先,分析了涡轮泵机械密封的结构和使用工况;然后,建立了润滑性能分析模型... 为了解决机械密封在高温、高压、高速等极端工况下的安全性问题,针对工作在高温环境下的涡轮泵螺旋槽机械密封变形的量化及其影响问题,开展了热变形方面的研究。首先,分析了涡轮泵机械密封的结构和使用工况;然后,建立了润滑性能分析模型,并计算了机械密封在工作时动环和静环之间的液膜力;最后,使用有限元仿真的方法获得了机械密封在高温和液膜力作用下的变形量,分析了变形对机械密封润滑性能的影响,并将理论数据与试验数据进行了对比。研究结果表明:液膜力为2 kN时,得到了机械密封动环和静环的变形量,动环最大变形量为8.3μm,静环最大变形量为0.6μm;考虑变形后,机械密封的最小润滑膜厚h_(min)较不考虑变形时的膜厚h要小,而流量Q较不考虑变形时要大;理论计算结果和试验结果更加接近,证明了理论分析的正确性。该研究结果可为高参数机械密封的相关设计及性能仿真研究提供参考。 展开更多
关键词 涡轮泵 非接触式机械密封 螺旋槽机械密封 SolidWorks实体建模 液膜力计算 开启力 泄漏量
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机械密封界面摩擦声发射信号的特征提取与分析 被引量：4
13
作者 陆俊杰 刘柱 +2 位作者 丁俊华 高德 丁雪兴 《振动工程学报》 北大核心 2025年第2期411-419,共9页
机械密封非正常接触状况下的高频摩擦信号识别与诊断研究较为匮乏,因此采用高频宽域与强灵敏的声发射技术,搭建密封监测试验台,采集机械密封启停、无压、低压、高压、低速、高速等运行状况下的声发射信号。使用时域、频域和时频域分析... 机械密封非正常接触状况下的高频摩擦信号识别与诊断研究较为匮乏,因此采用高频宽域与强灵敏的声发射技术,搭建密封监测试验台,采集机械密封启停、无压、低压、高压、低速、高速等运行状况下的声发射信号。使用时域、频域和时频域分析方法处理试验数据,进行测试,并建立基于AE信号均方根(RMS)值变化判定机械密封界面摩擦状态的方法,揭示了机械密封从接触式到非接触式过程中的端面摩擦信号与运行状态的对应关系,进一步探明了密封运行过程中,从端面接触摩擦的边界润滑(BL)与混合润滑(ML),逐渐转变为非接触下流体动力润滑(HL)状态的滑动接触信号演变规律,获取了密封界面摩擦时的AE信号频率带范围(240~320 kHz),并通过对AE信号进行时频分析,发现了连续小波变换(CWT)能有效表征机械密封不同工况下的AE信号时频特征信息。本文研究结果为机械密封状态监测和故障诊断的研究提供了理论基础和数据支撑。 展开更多
关键词 机械密封 声发射 摩擦 状态识别
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基于FMEA的釜用剖分式机械密封失效分析及改进
14
作者 梁肖 朱维兵 +2 位作者 王凤麟 颜招强 王和顺 《润滑与密封》 北大核心 2025年第2期170-177,共8页
根据某公司石化搅拌釜用剖分式机械密封产品各类元件失效占比数据,结合剖分式机械密封结构及工作原理分析各类元件失效形式及失效机制。对密封环进行温度场及热-力耦合场有限元分析,结果表明,密封环端面温度沿径向呈梯度分布,热变形在... 根据某公司石化搅拌釜用剖分式机械密封产品各类元件失效占比数据,结合剖分式机械密封结构及工作原理分析各类元件失效形式及失效机制。对密封环进行温度场及热-力耦合场有限元分析,结果表明,密封环端面温度沿径向呈梯度分布,热变形在耦合变形中起主导作用;螺钉预紧力能有效抵消部分端面变形及剖分面变形,从而有效增大剖分面连接紧密性。利用失效模式及影响分析(FMEA)方法计算各失效模式风险顺序数(RPN),确定剖分环崩边、剖分面处密封胶失效、温度异常、剖分环断裂、剖分环磨损等高RPN值的失效模式,并对设计制造、安装、运行等过程提出改进优化措施,为降低失效风险及成本、提高密封性能、延长寿命提供参考。 展开更多
关键词 搅拌釜 剖分式机械密封 失效模式及影响分析 热变形 风险顺序数
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新型柔性坝箔片端面气膜密封变形协调分析及性能智能优化
15
作者 李雨诗 陈源 +3 位作者 李运堂 彭旭东 王冰清 李孝禄 《化工学报》 北大核心 2025年第1期324-334,共11页
提出了一种具有柔性密封坝的新型箔片端面气膜密封结构,基于气体润滑和弹性力学相关理论建立新型柔性坝箔片端面气膜密封气弹耦合润滑理论模型,分析密封端面气膜压力和变形分布规律,探究密封运行机理,研究工况参数、端面结构参数对密封... 提出了一种具有柔性密封坝的新型箔片端面气膜密封结构,基于气体润滑和弹性力学相关理论建立新型柔性坝箔片端面气膜密封气弹耦合润滑理论模型,分析密封端面气膜压力和变形分布规律,探究密封运行机理,研究工况参数、端面结构参数对密封性能的影响,采用拉丁超立方抽样法对关键影响因子随机取样,构建MLP神经网络-遗传算法优化模型,获得了满足目标函数的参数优化范围。结果表明:新型柔性坝箔片端面气膜密封可通过密封坝的变形协调作用进一步提高自适应运行能力;柔性密封坝各扇形平箔片之间间隙会使密封泄漏有一定增大,但因间隙形成的流体动压效应有利于密封端面开启;MLP神经网络-遗传算法优化模型可以准确预测密封性能并有效提高多参数多目标条件下的优化精度和效率。 展开更多
关键词 柔性密封坝 箔片端面气膜密封 变形协调 力学性能 优化设计 数值分析
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非接触式机械密封动特性中的辅助密封研究进展
16
作者 赵祥 刘莹 廖浩然 《摩擦学学报(中英文)》 北大核心 2025年第4期622-636,共15页
非接触式机械密封的动特性关系着密封的安全稳定运行,辅助密封是影响密封系统动特性的关键因素之一.梳理和总结辅助密封的研究历程,有利于解决密封系统动特性问题.本文中首先归纳总结了影响非接触式机械密封动特性的辅助密封的关键参数... 非接触式机械密封的动特性关系着密封的安全稳定运行,辅助密封是影响密封系统动特性的关键因素之一.梳理和总结辅助密封的研究历程,有利于解决密封系统动特性问题.本文中首先归纳总结了影响非接触式机械密封动特性的辅助密封的关键参数.随后,对辅助密封与密封插入件之间的接触、摩擦及其自身刚度阻尼等研究历程和不足进行了梳理.最后,总结归纳了以提高主密封追随性为目标的密封系统动特性方面辅助密封研究关键和热点问题,为进一步开展相关研究提供了思路. 展开更多
关键词 辅助密封 接触特性 摩擦特性 动特性 机械密封
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超椭圆织构浮动坝箔片端面气膜密封动态性能分析与优化
17
作者 张俊杰 陈源 +3 位作者 李运堂 李孝禄 王冰清 彭旭东 《化工学报》 北大核心 2025年第1期296-310,共15页
为提高弹性箔片端面气膜密封(CFFGS)在动态运行过程中的开启性和密封性并降低箔片安装精度要求,提出一种新型超椭圆织构浮动坝箔片端面气膜密封(SHFSD-CFFGS)结构。基于气体润滑和动力学理论,建立SHFSD-CFFGS气弹耦合动力学模型并采用... 为提高弹性箔片端面气膜密封(CFFGS)在动态运行过程中的开启性和密封性并降低箔片安装精度要求,提出一种新型超椭圆织构浮动坝箔片端面气膜密封(SHFSD-CFFGS)结构。基于气体润滑和动力学理论,建立SHFSD-CFFGS气弹耦合动力学模型并采用直接数值模拟法求解,对比分析SHFSD-CFFGS与无织构CFFGS的动态性能表现,揭示超椭圆型孔织构对提升密封动态性能的作用机理,并以提高SHFSD-CFFGS动态平均开启力、减小动态平均泄漏率为目标,开展超椭圆织构结构参数和力学结构参数的优化设计。结果表明:SHFSD-CFFGS箔片斜坡区和浮动坝区的超椭圆型孔织构能产生二次动压效应和上游泵送效应,有助于密封开启性和密封性的提升;在本文工况条件下,当浮动坝区超椭圆系数n_(2)取1、内外侧型孔倾角ϕ_(1)和ϕ_(2)均取20°~40°、织构深度T_(d2)取4~6μm、方向因子γ取1.75~2.25、浮动坝区柔度系数α_(2)取5×10^(-5)~1×10^(-4)、静环质量m_(s)取0.1~0.2 kg、弹簧刚度k_(s)取9×10^(7)~1×10^(8)N·m^(-1)、辅助密封圈阻尼c_(z)取9×10^(3)~1×10^(4)N·s·m^(-1)时,SHFSD-CFFGS具有较优的综合动态性能。 展开更多
关键词 箔片端面 气膜密封 超椭圆织构 动态性能 优化设计
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表面织构对航空发动机机械密封性能影响的实验研究
18
作者 王长钊 郝木明 +4 位作者 任宝杰 袁俊马 李勇凡 李天照 宋凯亮 《润滑与密封》 北大核心 2025年第1期61-67,共7页
滑油系统是保障航空发动机稳定运行的重要组成部分,因此滑油系统机械密封性能至关重要。以航空发动机滑油系统机械密封为研究对象,采用实验的方法,研究3种常用槽型(激光脸、人字槽、螺旋槽)对密封性能的影响,并分析不同槽型端面磨损表... 滑油系统是保障航空发动机稳定运行的重要组成部分,因此滑油系统机械密封性能至关重要。以航空发动机滑油系统机械密封为研究对象,采用实验的方法,研究3种常用槽型(激光脸、人字槽、螺旋槽)对密封性能的影响,并分析不同槽型端面磨损表面轮廓和端面温度。实验结果表明:端面开槽有利于减少密封端面摩擦磨损,延长密封使用寿命,但不利于控制密封泄漏量;3种槽型中,人字槽表面磨损最轻微,运行温度最低,相比接触式密封温度降低3℃;螺旋槽磨损位置较为集中,有明显端面变形,运行温度最高,运行温度相比接触式密封升高5℃;激光脸槽磨损最大,但运行温度与接触式密封相差不大;螺旋槽泄漏量最小,激光脸槽泄漏量次之,人字槽泄漏量最大,且大于接触式密封泄漏量。 展开更多
关键词 机械密封 航空发动机 表面织构 螺旋槽 密封性能
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阶梯螺旋槽端面密封摩擦学性能数值研究
19
作者 许华林 阳浩东 +3 位作者 李雯 张生光 胡文颖 王文中 《摩擦学学报(中英文)》 北大核心 2025年第5期770-781,共12页
为进一步提高用于旋转端面密封的对数螺旋槽启停阶段承载力、开启能力及磨损抑制能力,提出了1种新型沿回转方向底部台梯状的阶梯螺旋槽.建立了螺旋槽端面密封润滑分析模型,结合JFO空化边界条件并利用控制体积法对不同几何参数和工况条... 为进一步提高用于旋转端面密封的对数螺旋槽启停阶段承载力、开启能力及磨损抑制能力,提出了1种新型沿回转方向底部台梯状的阶梯螺旋槽.建立了螺旋槽端面密封润滑分析模型,结合JFO空化边界条件并利用控制体积法对不同几何参数和工况条件的密封摩擦学性能进行了系统分析,获得了定膜厚时液膜承载力、刚度、空化率和开启速度以及稳态工况定载荷下的膜厚以及摩擦扭矩.结果表明:变深度的阶梯螺旋槽在相同膜厚和转速的工况下承载能力及液膜刚度均大于对应传统平底螺旋槽,开启速度及空化率均小于对应平底螺旋槽;相同转速和载荷工况下稳定运行时,相较平底螺旋槽,阶梯螺旋槽形成了更大的液膜厚度和较小的摩擦扭矩.螺旋槽底部引入阶梯产生了额外的Rayleigh轴承效应是阶梯螺旋槽有效提升密封端面承载力和开启能力的主要机理.在膜厚H0=1μm,转速ω=50 r/min的工况下,与承载能力最优的平底螺旋槽对比,阶梯螺旋槽压力峰值提高7.14%,空化率减小93.42%,总承载力提升19.83%. 展开更多
关键词 端面密封 阶梯螺旋槽 空化 摩擦学性能 Rayleigh轴承效应
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扩压式自泵送机械密封的自冷却特性分析
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作者 帅东 孙见君 《摩擦学学报(中英文)》 北大核心 2025年第7期999-1010,共12页
扩压式自泵送机械密封(DSPMS)是1种利用离心泵工作原理设计的流体泵出式动压型机械密封.以DSPMS为研究对象,利用Fluent软件,分析了密封结构内的传热过程及端面温度分布;对比接触式机械密封(CMS)、传统螺旋槽机械密封(TSGMS)的端面温升... 扩压式自泵送机械密封(DSPMS)是1种利用离心泵工作原理设计的流体泵出式动压型机械密封.以DSPMS为研究对象,利用Fluent软件,分析了密封结构内的传热过程及端面温度分布;对比接触式机械密封(CMS)、传统螺旋槽机械密封(TSGMS)的端面温升和流场分布,揭示了DSPMS的自冷却特性;探讨了不同结构参数对DSPMS冷却性能的影响规律.结果表明:DSPMS中流体的自循环能有效带走密封端面间的流体黏性剪切热,降低端面温升;较TSGMS和CMS,DSPMS的端面温升分别降低了58%和83%;DSPMS静环的整体温度高于动环,并且端面温度峰值出现在端面内径侧,其值的大小受转速的影响显著;扩压环槽深hk、螺旋槽深hg和槽台宽比γ的增加有利于提高DSPMS的降温冷却效果,但同时也会增加密封端面间的泄漏率. 展开更多
关键词 扩压式 自泵送 机械密封 温度 自冷却
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