机械密封动静环在热力综合作用下,密封面会发生锥度变形,受不同工况和环境温度的影响,变形量和锥度方向各有不同,会直接影响机械密封的泄漏量和运行寿命。某核电厂主给水泵机械密封在运行期间频繁出现温度异常升高和泄漏水出现黑色石墨的异常问题,对机封长期稳定运行构成严重隐患。利用ANSYS有限元分析软件,对此型号机械密封的受力变形、温度分布和热力综合变形进行了模拟分析,计算出不同工况、不同环境温度下密封面的锥度变形状况,并结合电厂对泄漏量和机械密封运行温度的监测情况,探索机械密封密封环在设计加工或研磨修复过程中的预变形锥度控制需求,为同行电厂重要水泵机械密封的加工设计、研磨修复和可靠性提升提供参考借鉴。

超高速机械密封作为运载火箭伺服系统中的核心基础元件,其密封石墨镶嵌环镶装后引起的密封端面变形及残余应力释放,导致密封环蠕变变形,可能使机械密封在长期带压贮存条件下发生渗漏。针对现役机械密封石墨镶嵌密封环结构,采用数值分析与试验研究相互补充、相互验证的方式,研究机械密封副端面变形规律和静环座残余应力分布,获得了镶嵌环最大接触应力与端面变形最大值的位置,分析了影响镶嵌环端面变形的关键因素,揭示其密封副界面慢渗特性。通过机械密封在温度应力下的变形分析以及密封静环座残余应力分布测试验证,为超高速机械密封试件可靠性试验筛选提供一个合理的、高效费比的技术途径。

以接触式机械密封为研究对象,考虑密封环的热、力变形和液膜温度,在Solidworks中建立密封环的三维模型,基于热力变形理论,借助Workbench平台对密封环进行热应变和力应变模拟计算,分析了密封环端面黏性剪切混合摩擦热和力作用对密封环的变形情况,研究了不同转速下的变形规律。结果表明:密封环在黏性剪切混合摩擦热作用下端面发生较大的热膨胀凸变形,在力作用下发生反向微弱压缩凹变形,且变形在环端面中径处最大,由中径沿内外径方向逐级减小。随着转速的增大,动静环的热变形近线性增大;动环的力变形微弱,静环的力变形保持初始值不变。

机械密封在起停阶段或操作失误时常处于干摩擦状态,由此导致的热损伤与磨损将影响其密封性能。以某YWN8合金接触式机械密封为研究对象,建立基于硬度及磨损系数的磨损数值模型,试验测定摩擦副密封环的硬度、磨损系数、干摩擦因数,验证磨损数值模型的准确性;对机械密封磨损进行仿真模拟,研究摩擦副密封环在干摩擦运转时单力场及热力变形下的磨损深度,并用磨损理论值进行验证。结果表明:干摩擦运转时密封环端面温升较低,温度不是其失效的主要原因;热力变形后密封环内外径间隙增大,造成端面粗糙峰接触面积减小,黏着磨损较变形前呈下降趋势,导致多物理场下的磨损深度与理论值不符。

现阶段伺服系统超高速机械密封组件主要采用石墨作为密封环的材料,密封环组件装配后其残余应力会导致组件发生变形,在长时间的压力作用下发生缓慢渗漏。以石墨密封环组件为研究对象,采用有限元分析法和实验法研究密封环组件的变形规律、应力分布和温度分布,探讨导致密封环变形的主要因素,揭示形成缓慢渗漏的机理。