以金属硬密封球阀为研究对象,建立阀座与球体接触的有限元模型,计算密封比压和弹簧预紧力的大小。采用ANSYS Workbench对密封结构进行温度场分析,并将温度结果导入静力学模块进行耦合分析,分别取5组密封面宽度和6组压力角数据进行模拟。结果表明:密封比压随着密封面宽度的增加而减小,随着压力角的增加而增大。

随着海上稠油热采进入规模化开发阶段,配套工艺体系逐渐完善,现有的井下工具密封材料和结构不能满足井下工具高低温工况下长期密封的需求。为此本文提出了全金属密封结构设计,对于井下工具固定连接件之间的静密封采用弹性力学厚壁理论和Hertz接触理论建立了球-锥、锥-锥接触应力分布模型,设计了“内球外锥”的密封结构,并对锥角、球面直径等关键参数进行了优化设计;对于热采井下工具运动部件设计了采用金属密封环的全金属滑动密封结构形式,并使用室内试验的方法优化了配合尺寸。在高温排气阀中使用了全金属密封结构,室内多轮次高低温试验和现场试验结果表明,全金属密封结构动作可靠、在高低温工况下能够长效密封,适合在海上热采井下工具中推广使用。本文研究的全金属密封机构针对海上热采井下工具密封难题提供了完整的解决方...

长输管线球阀在使用时可能承受管道沉降、移动、热应力等复杂载荷作用。为确保球阀安全运行,以某公司研发的城市供暖用特大口径全焊接管线球阀为例,基于有限元数值模拟方法,计算在操作工况下阀座密封圈与球体的接触压力,发现全开球阀阀座密封面的密封比压偏小,难以保证球阀的操作密封性能。研究了密封圈采用不同的密封宽度和压力角对密封性能的影响规律,结果表明,接触应力随着密封面宽度和压力角的减小而增大,当密封面宽度为15mm,密封压力角为43.25°时接触应力达到最大,满足密封要求。根据研究结果提出改进密封结构,改进后的密封圈采用双斜面与球体接触结构,球阀在开启状态下最大密封比压达到14.54MPa,最小值也大于密封必须比压,密封性能可靠。

采用有限元分析方法对DN350锁渣阀不同密封面夹角和密封面宽度的密封结构进行开启、闭合过程的仿真模拟。分析讨论了密封面夹角和密封面宽度对密封结构受力的影响,以及密封结构的应力场、应变场分布规律。结果表明,密封面夹角和密封面宽度对密封结构应力场、应变场的分布产生明显影响;密封面夹角45°、密封面宽度17.5mm密封结构为理想结构,最大等效应力为446.08185MPa,位于进口端阀座下方密封面内径,密封结构整体等效应力均低于材料屈服强度450MPa,不会发生塑性变形;最大应变为0.00111,位于进口端阀座下方密封面中径。

以LNG低温球阀为研究对象,通过对密封必需比压和弹簧预紧力进行理论计算,结合ANSYS Workbench建立阀座与球体接触的有限元模型,进行热固耦合分析,对比静力场和耦合场的模拟结果,结合影响密封面特性的两个关键因素(密封面宽度和压力角)对阀座密封面给出优化建议。结果表明:耦合场的低接触压力均值相比静力场整体减小了13%左右,阀座密封面处的密封比压随着密封面宽度的减小而增大,随压力角的增大并非线性增加。有效的密封面宽度在2.00~4.25 mm之间,有效的压力角范围是45.03~45.38°。

以水下航行器尾轴机械密封为研究对象,应用有限元方法对不同潜深下、不同密封面宽度的机械密封的性能进行分析对比,探究在大潜深、低转速特殊工况下机械密封面宽度对密封性能的影响。结果表明,当密封面宽度一定时,随着潜深的增加,密封面的最高温度、最大接触压力和轴向应力均随着潜深的增加呈线性上升;当潜深深度一定时,密封面宽度越大,动静环的最高温度越高,最大接触压力和最大轴向应力增加也越快;在相同的工况条件下,泄漏量随着密封面宽度的减小而减少。由此可见,在大潜深、低转速特殊工况下,选择较小的密封宽度有利于降低最高温度,降低最大的轴向应力和接触压力,减少泄漏量。

针对闸阀密封面局部密封比压大于材料许用比压的现象,对阀座密封面宽度进行优化设计以保证闸阀的密封性。优化前阀座密封面宽度为5 mm,在[4,6. 5]宽度范围内,对以0. 5 mm为步长的6组模型进行数值模拟仿真,并对结果进行数值拟合,获得临界密封面宽度值,最后进行仿真试验验证。结果表明:6组模型密封比压值成线性关系,通过线性拟合得出材料许用比压150 MPa对应的临界密封面宽度为5. 6 mm,数值试验验证此时密封比压为151. 69 MPa,相对误差为1. 13%。