应用于旋转机械的新型轴面密封方式的研究

为了克服现有技术中的端面机械密封存在的结构复杂、拆卸和装配不方便等缺陷,本文设计了一种应用于旋转机械的新型轴面密封装置。该新型轴面密封装置包括静环、弹性密封体和壳体。其中,静环套接在旋转机械的主轴外圆周面上,相关弹性密封体套接在相应静环的外圆周面上,相应弹性密封体置于壳体内,弹性密封体的外圆周面、壳体的径向端部的内表面及两个侧壁的内表面围成密封的备压腔,此备压腔在安装后使用前用施压装置施压规定要求的压力,使静环和动环间均匀形成一层介子膜,以达到密封效果。     

机械密封的要求及故障处理措施

机械密封由动环、静环、压紧元件和密封元件组成,针对机械密封的零件的故障旋转设备在运行当中密封端面经常会出现磨损、热裂、变形、破损等情况,需要采取更换零件或是提高零件的机械加工精度等措施.     

锥面机械密封的载荷系数分析

分析了锥面机械密封载荷系数在密封环磨损过程中的变化规律以及载荷系数与液膜反压系数、弹簧比压的关系。建议静环磨损后的最大接触母线长度不超过3mm，给出了锥面机械密封中弹簧比压的设计方法。     

动压机械密封动力槽的优化及换热器面积的确定

针对高温、高压泵的机械密封端面容易出现磨损或烧损的问题,分析了热流体动压机械密封的工作原理;在高温、高压泵上采用了热流体动压机械密封,以及使用API682 32系统作为密封辅助冷却方案．对动压机械密封的端面动力槽作了优化设计;对密封系统的换热器进行了设计计算,使得密封能在较为理想的工作温度下工作．结果表明,在高温热水工况下,冲洗水流量及温度满足设计要求时,端面圆弧槽的密封效果最好,最大使用寿命可达8000h;液膜的承载能力随着密封端面圆弧槽槽数的增加而增加,受槽深的影响比较小;换热面积为0．50m^2的换热器是合理的,并应尽量使用较大换热面积的换热器,使进入密封腔的冲洗水温度低于100℃．     

新型环式拌胶机的研究

现有拌胶机普遍存在进料不畅、有扬尘,进胶口易堵塞以及冷却系统密封不可靠等问题.新设计的环式拌胶机冷却系统采用夹层筒体、双套管搅拌轴和中空拌齿等结构,并采用成熟的泵用机械密封型式,将进料方式由径向改为切向,进胶口也进行了重新设计.经生产运行试验表明,原有问题均得到有效解决,效果良好.     

大型立式轴流泵水导机械密封技术改造与运行评价

江都第四抽水站立式全调节轴流泵水导机械密封静环座弹簧座结构经过2次改造,2009年江都四站整体改造后机械密封在使用中存在弹簧松动、锈蚀难以更换等问题,2012年通过在弹簧座轴孔切出一个角,从而增加弹簧座轴孔接触面的方法,解决了弹簧安装检修时难以压入的问题。但是实际使用中出现多组弹簧脱落、锈蚀现象,在将材质更换为不锈钢的基础上经过计算增加弹簧长度,通过运行基本解决了脱落锈蚀等问题。2013年进一步进行改进,将弹簧座由连体式改为哈夫式,实现了检修时无需拆卸动静环系统即可便捷更换弹簧的效果,提高了动静环机械密封的检修效率。经运行检验,此次改造提升了立式全调节轴流泵水导机械密封检修效率和运行安全可靠性,为工程运行提供了保障,具有结构简单、可靠性高和价格便宜的优点。     

ZL30-7型轴流泵轴承密封装置的改进

为了提高ZL30－7型轴流泵站轴承密封装置的使用寿命，以江都水利工程管理处第四抽水站的运行状况为依据，总结经验教训，拟定了3种密封结构方案进行运行考验。结论是静环采用耐磨橡胶加膨胀石墨，动环采用不锈钢的密封方案效果最佳。     

表面粗糙度对液膜润滑动压型机械密封性能的影响

以激光加工多孔端面机械密封为研究对象,建立符合Gauss概率分布的表面粗糙度模型,利用Fluent软件模拟研究了密封端面不同部位表面粗糙度对密封性能的影响规律,并通过正交试验进一步分析了不同部位粗糙度对密封性能的影响程度.结果表明:液膜开启力和摩擦扭矩随端面粗糙度、转速的增大而增大;泄漏量随端面粗糙度的增大而减小、随转速的增大而增大;3个部位表面粗糙度对开启力增大、摩擦扭矩增大和泄漏量减小的影响程度为动环凹腔区粗糙度影响最大,静环端面粗糙度影响次之,动环非凹腔区粗糙度影响最小.     

不同密封结构对离心泵叶轮轴向窜动的敏感性分析

为了揭示轴向窜动量和离心泵叶轮轴向力及其口环结构的定量关系,针对单口环和双口环2类密封结构,研究了轴向窜动量对泵水力性能和轴向力的影响规律及其机理.研究结果表明:相比单口环密封结构,双口环密封结构对高压液体泄漏的抑制作用显著,其容积效率较高.额定工况下,双口环密封结构泵扬程和效率均提高0.60%,且试验和数值误差均小于4%;单口环密封结构的总轴向力小于双口环密封结构.转子窜动量显著影响叶轮动反力、盖板力和总轴向力.窜动量ΔL=1 mm时,叶轮做功能力强,泵水力性能达最优;当叶轮向进口窜动时,叶轮做功能力减弱,泵水力性能下降.转子轴向窜动使蜗壳断面形成不对称反向涡团,影响蜗壳和叶轮内速度分布规律.     

中温高黏度介质双端面主密封热力特性分析

为研究中温高黏度介质双端面机械密封主密封的传热和变形规律以及冲洗液的压力和温度对其影响,从而为密封性能改进和冲洗液的高效控制提供依据.以乳液输送设备双端面机械密封(AR201)为研究对象,建立传热计算模型,采用有限元法分析主密封温度场,研究了密封环温度和变形量随冲洗液压力和温度的变化规律.研究表明:密封环端面的最高温处于动静环接触面靠近密封腔位置处,在冲洗液的作用下,动静环内径侧温度明显低于外径侧,动静环温度自接触面开始沿轴向至环外侧逐渐降低;端面最高温度和最大变形量随冲洗液温度和压力的升高而增大,最大变形量的大小和随冲洗液参数变化的波动幅度与密封材料有关;合理选择冲洗液压力和温度是有效改善主密封性能的措施,对于AR201机械密封,将冲洗液压力控制在0.80~0.85 MPa和较低的温度能减少端面磨损现象.     

胀圈高速旋转密封受力分析与计算

基于摩擦润滑理论,分别建立了胀圈旋转密封处于流体润滑和边界润滑2种状态下的受力模型.对胀圈受力情况与结构尺寸之间的关系进行了深入分析,对胀圈与轴槽端面之间的润滑状态进行了讨论.推导了胀圈在边界润滑状态下摩擦转矩的计算式,并通过专门设计的高速旋转密封试验台进行了试验验证,试验结果证明了计算公式的正确性.     

激光表面跨尺度织构化机械密封摩擦性能

采用声光调Q的半导体泵浦Nd：YAG激光器,利用＂单脉冲同点间隔多次＂激光加工工艺在碳化硅机械密封环端面进行跨尺度织构化处理,制备微凹坑织构和宏观上游泵送槽织构,用表面形貌三维测量仪测量激光加工后的试样.在机械密封计算机辅助试验台上,进行了激光表面跨尺度织构机械密封与无织构机械密封的摩擦性能对比试验,研究了跨尺度表面织构在不同的密封介质压力和转速等工况下对机械密封摩擦转矩的影响.结果表明：激光表面织构化技术能在密封环表面进行微凹坑型及微凹槽型织构的跨尺度加工.在试验的工况参数范围内,无论是在低压低速,还是在高压高速工况下,激光表面跨尺度织构均可以显著地改善机械密封的摩擦性能.与无织构机械密封相比,激光表面跨尺度织构机械密封的摩擦转矩最大可减小65%,并且运转相对较为稳定,受密封介质压力和转速的影响相对较小,这是由于所制备的跨尺度表面织构起到了改善密封端面间润滑状况的作用.     

磁流体密封在水轮机主轴中的应用

为了解决目前常用的水轮机主轴密封装置易磨损、泄漏量大的问题,在水轮机主轴上采用磁流体密封技术.该密封技术具有无刚性接触,无磨损,可自行修复,寿命长等优点,选择适合密封水介质的油基四氧化三铁磁流体作为密封材料,磁性能高且价格低廉的钕铁硼永磁材料提供外磁场,并使用电磁场分析软件进行仿真计算.仿真结果表明:轴向密封靠近转轴处,径向密封靠近导磁体处,密封能力最差,最易失效;齿形、密封间隙等结构参数对密封性能影响较大,且在一定的数值范围内密封能力较强. 结合水轮机主轴密封的特点,设计出适合水轮机主轴的轴向与径向密封组合的矩形齿磁流体密封装置,轴向密封总级数为48级,径向密封总级数为20~24级,总的密封压差Δp>0.5 MPa.     

结构形式对渣浆泵前腔密封面磨损特性的影响

为了研究渣浆泵前腔密封结构对其密封面磨损特性的影响,以ESH型旋流器给料泵为研究对象,选择4种常用的前腔密封结构,在工况以及叶轮和蜗壳的水力参数均相同的前提下,应用计算流体动力学软件ANSYS CFX和磨损模型对泵内固液两相流进行数值模拟,并通过试验进行验证.研究结果表明:采用角式小间隙密封结构,密封面上固相浓度最低,固相的速度分布最均匀,密封面的失重量最小,抗磨损效果最好,其次为平面小间隙密封结构、角式大间隙密封结构,而平面大间隙密封结构的抗磨损性能最差;定义了磨损函数,且密封面上磨损函数值的分布与试验结果吻合较好.研究结果可为渣浆泵的抗磨损设计提供一定的理论依据.     

立式泥浆泵组合密封的设计

泥浆泵采用的动密封通常是单纯性填料密封或机械密封，由于泥浆内含有固体微粒，使动密封极易被磨损丧失密封性能，缩短了泥浆泵的使用寿命。针对这一问题，提出了立式泥浆泵组合密封形式，阐述了密封环密封、副叶轮密封、螺旋密封三种密封的组合方式、密封原理及尺寸设计等；与采用传统密封的泥浆泵进行比较试验，结果表明：采用组合密封的泥浆泵耐磨寿命大大提高。     

考虑温度影响时具有表面纹理唇形油封的密封性能研究

基于弹流润滑理论和旋转轴密封的泵送机理,综合考虑密封唇表面粗糙度和表面纹理的影响,建立了油封密封区域的混合润滑数值模型.模型耦合了流体力学、变形分析、接触力学、温度能量守恒方程和黏温方程, 通过迭代求解数值方程,得到不同表面纹理(圆形、正方形、等边三角形)油封唇口的温度分布、不同转速下油封唇口的最高温度,对比分析了表面纹理对油封接触面温度的影响以及温度升高对油封泵吸率、油膜厚度、摩擦扭矩等密封性能的影响.结果表明:随着转速的增大,唇口最高温度线性递增,表面纹理明显提高了油封的唇部温度;油封工作时,摩擦面的温度从两侧向中间急剧递增,纹理区域温度明显升高,但3种纹理油封之间差异不具有统计学意义.温度升高导致3种纹理油封的泵吸率、油膜厚度、唇口密封压力下降,明显降低了油封的密封性能.     

离心泵的轴封技术

旋转轴的密封技术是一个重要的研究方向,泵轴密封件是离心泵的关键部件。介绍了离心泵旋转轴用的几种密封技术（包括层状剪切填料密封、磁流体密封、干气密封、动力密封及停机密封等）及其应用现状,剖析了其结构型式及工作原理,分析了各自的性能特点及适用场合,并列举了国内外运用旋转轴密封实现无泄漏的成功运行案例。另外,一种特殊结构的泵将吸入口改为侧向吸入,也可在一定程度上实现泵的无泄漏。运用这些轴封技术可在一定程度上保证可靠的密封,具有较好的使用价值。     

机械密封实验台流体温度控制系统

为了方便地控制机械密封实验台流体的温度,运用单片机作为主控机,设计了一套流体温度控制系统。主要介绍了机械密封流体温度控制的基本原理,并建立了机械密封流体温度控制的数学模型。系统软件的设计采用C语言,通过C51编译器将C程序转化为汇编语言程序。对该控制系统进行了仿真。设计结果表明,该方案是可行的并适用于其他温度控制系统,为机械密封实验台的设计提供了参考。