研究推荐 本栏目旨在不拘泥于内容的限制，以点带面，介绍流控领域不同的研究方向、课题以及优秀的作者和团队，为广大读者及研究人员提供新鲜的研究思路，为作者及团队提供展示平台。 本期为各位读者推荐《偏置状态对组合密封性能影响的研究》，并向各位读者介绍该课题的研究背景、取得成果以及研究团队。 偏置状态对组合密封性能影响的研究 赵乐， 索双富， 张琦， 张妙恬 摘 要：针对组合密封在偏置状态下密封性能的变化，利用ABAQUS有限元分析软件进行了仿真与研究。建立了不同偏置状态下旋转组合密封的有限元模型，并利用ABAQUS流体渗透功能对流体压力加载后组合密封的应力分布及接触压力曲线进行了对比分析，总结了不同偏置状态下密封性能的变化规律。基于仿真结果对组合密封使用与维护提出建议，为组合密封结构改进提供一定的参考。 关键词：组合密封；偏置状态；高压动密封；仿真与研究 课题研究背景 与唇形密封、O形圈等旋转密封相比，组合密封接触面大，承压能力高。由于旋转组合密封圈与回转轴接触位置固定，且方圈材料硬度相对较高，高压下运转不仅方圈易发生磨损，回转轴表面往往也容易出现磨损，进而影响密封面接触状态。同时由于零件加工及装配时难以保证与设计参数完全一致，因此组合密封圈在使用中常常会处于偏置状态。本研究采用有限元仿真建立组合密封偏置模型，对回转轴表面与方圈的不同接触状态进行仿真研究。 课题研究成果 图1为组合密封圈偏置状态示意图。以回转轴参考点为中心，垂直状态时偏置角A为0°，角度变化以逆时针方向为正向。按上述偏置特征进行建模，将回转轴接触面设置为不同偏置状态进行仿真。 图1 旋转组合密封有限元模型偏置状态示意图 图2为组合密封圈在不同偏置状态下的von Mises应力分布。从仿真结果看，偏置状态下组合密封圈高应力分布区域基本一致，最大 von Mises应力均出现在方圈底部近空气侧。在正向偏置状态下，随着偏置角度的增加，最大von Mises应力均有不同程度的增大，且近空气侧应力集中更加明显。同时方圈与回转轴在流体侧的接触面出现分离趋势。在负向偏置状态下，随着偏置角度的增加，最大von Mises应力也相应增大，但增大量小于正向偏置状态，且空气侧应力集中状况有所减少。 A=0º A=1º A=2º A=3º a) 正向偏置 A=0º A=-1º A=-2º A=-3º b)负向偏置 图2 组合密封圈在不同偏置状态下的von Mises应力分布 图3所示为流体加载后，组合密封圈在不同偏置状态下的最大von Mises应力值对比图。从仿真结果可知，在偏置状态下，密封圈最大应力值都出现一定程度的增加。正向偏置使密封圈应力增加幅度更大，而负向偏置应力增幅相对较小。相比方圈，O形圈应力分布受偏置状态影响较小。 图3 偏置状态下组合密封圈最大von Mises应力值对比 图4为流体压力加载后，不同倾角下密封面接触压力曲线。由仿真结果可以看出，在流体压力作用下，密封面各节点接触压力大幅增加，不同偏置状态下接触压力呈现较大差异。未偏置状态下，接触压力曲线沿接触宽度方向呈现单峰值形态，峰值出现在密封面靠近空气侧，峰值附近有较大的压力梯度变化，流体侧接触面到峰值间压力相对平缓。正向偏置状态下，当偏置角度增大时，接触压力曲线形态基本不变，峰值随偏置角度增大而增大，接触长度随偏置角度增大而减小。负向偏置状态下，当偏置角度增大时，接触压力曲线形态基本保持不变，空气侧峰值随偏置角度增大而减小，流体侧接触压力出现随偏置角度增大而增大的趋势。 a) 正向偏置 b) 负向偏置 图4 流体加载后方圈与回转轴接触压力曲线 综合仿真结果可知，在偏置状态下，密封面接触压力都有一定增加，从一定程度上增强了接触面上的密封能力。但由于方圈与回转轴接触面为动密封面，过高的接触压力会产生较大的摩擦损耗，特别是正向偏置状态下，容易引起密封圈过早损坏和回转轴的磨损。同时在密封结构设计中也可采用适当的负向偏置以改善应力集中作用。 研究团队介绍 研究团队隶属中国工程院院士、清华大学教授王玉明院士密封团队，该密封团队由密封领域唯一一位工程院院士领导，团队成员包括长江学者特聘教授在内的的12名教师及30余名硕士博士研究生。团队面向关键基础零部件设计问题和国家在高端装备及能源安全方面的重大需求，开展高端密封、特种轴承及机械装备的设计、制造和实验技术研究。近五年来，团队获得国家技术发明二等奖1项，省部级奖6项，发表 SCI论文 100余篇，出版相关著作 5部，授权发明专利近100项，密封研究在国内外已处于领先水平。 团队负责人介绍 索双富，博士，博士生导师，清华大学机械工程系副教授，机械创新设计实验室主任。清华大学机械创新设计比赛的发起者之一，多次担任中国科协组织的“全国中学生科技创新比赛”、“小小科学家比赛”的评委，中国科技馆组织的“全国青少年科普比赛”的命题组成员。长年从事机械基础的教学与科研工作，研究方向主要为机电产品开发和机械基础零部件的正向设计，获得国家专利229项，发表论文110余篇，获得省部级奖4项。 主要团队成员 时剑文，男，博士后，研究方向为流体动密封，参与国家自然科学基金2项，企业横向项目2项，发表学术论文近10篇，申请国家发明专利4项。 张妙恬，女，博士研究生，研究方向为流体动密封，参与国家973项目1项，企业横向项目1项，发表学术论文十余篇，其中发表SCI/EI论文4篇，申请国家发明专利2项。 赵乐，男，硕士研究生，研究方向为流体动密封，参与国家重大专项1项，自主项目1项，企业横向项目2项，发表学术论文5篇，申请国家发明专利2项。 张琦，男，硕士研究生，研究方向为流体静密封，参与企业横向项目1项，发表学术论文1篇。
本站刊载的某些内容（包括文字、图片、以及网页版面设计等）来源于网上引用或转载，仅为友情传播及阅读参考，不构成任何投资及应用建议。如涉及作者版权或其他问题，请尽快与本站联系，我们将在第一时间内配合处理或删除内容。转载请注明来源库优达。
川公网安备 51010502010963号
客服001