为研究机械密封环的变形情况,在Workbench平台联立热场和结构场来分析密封环在混合摩擦热和液膜环境热、惯性离心力和液膜平衡力以及两者热-力耦合效应下随转速变化的变形规律。研究表明:热作用产生膨胀凸变形,力作用产生压缩凹变形,且密封环在热作用下的轴向变形最大,热-力耦合次之,力作用最小,其中热变形为主导;动环轴向最大变形在螺旋槽内,静环轴向最大变形在端面中径处;动环在三种载荷下的轴向变形均大于静环。转速增大,动环在热作用、热-力耦合作用、力作用下的轴向变形均依次增大;静环在热作用、热-力耦合作用下的轴向变形逐级增大,力作用变形基本保持不变。

以衍生螺旋槽为研究对象,建立衍生螺旋槽端面微气膜三维流动模型,通过软件REFPROP获取CO2在不同压力温度下的物性参数,并导入Fluent计算得到了衍生螺旋槽和经典螺旋槽的膜压分布。对比分析衍生螺旋槽和经典螺旋槽S-CO2干气密封开启力、泄漏率和气膜刚度,讨论不同入口压力和转速下湍流效应、实际气体效应以及离心惯性力对密封稳态性能的影响,揭示多种效应交互耦合对S-CO2干气密封气膜动态特性的密封机制。结果表明:衍生螺旋槽的气膜开启力、泄漏率和气膜刚度等性能参数优于经典螺旋槽,这是衍生螺旋槽两级台阶作用的结果;随着转速的增加,在湍流效应和离心惯性力的交互耦合作用下,开启力、泄漏率及气膜刚度先增大后减小,随入口压力的增大,气膜开启力、泄漏率和气膜刚度均呈近似线性增大,且压力越大衍生螺旋槽和经典螺旋槽的差异越来越明显。

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。

端面干气密封已广泛应用于化工旋转机械中,但对于其密封副的双向旋转槽型缺少系统的研究。针对V型槽端面干气密封运行原理和结构特点,在气膜润滑理论的基础上,建立了相应的数学模型。采用中心差分法对压力和气膜厚度控制方程进行了耦合求解,并验证了编制程序的正确性。随后利用验证后的代码对端面干气密封的稳态特性参数展开了计算,并分析讨论了工况参数改变时V型槽不同的开口角度对端面干气密封稳态特性参数的影响。研究表明:本研究所数学模型具有一定的普适性,而且V型槽开口角度为α=15°的密封性能最好,四种开口角度所产生的密封效果优劣排序为α=15°>α=60°>α=30°>α=45°。V型槽端面干气密封在所讨论的工况参数范围内,气膜开启力和气膜摩擦力随转速和压力的增大而提高;泄漏量随转速的增大略微下降,随压力的增大而呈线性增大。此研究

针对浮环气膜密封在运行过程中气膜刚度较低,密封副易碰磨的问题,提出了在轴套表面开设微槽提高气膜承载力进而提高气膜密封系统的稳定性。基于气体润滑理论,建立了浮环气膜密封的稳态特性数学分析模型,并采用有限差分法进行对压力场进行了求解,计算获得了浮环气膜密封的稳态特性参数,并探究了不同工况及结构参数对气膜径向刚度的影响规律。分析结果表明:随着压强、转速和偏心率的增大都可引起气膜浮升力的提高及径向气膜刚度增大,从而改善了密封系统的稳定性,其中转速为20000r/min,入口压力为0.9MPa时,偏心率取值0.6和螺旋角取值30°时,气膜承载力最佳,气膜刚度最大,可显著提升密封装置维稳和抗振性能。该研究对浮环密封系统设计提供了一定的参考。

针对某车型的动力总成在粗糙路面抖动大的问题,通过采用四立柱道路振动试验台和悬置系统6自由度模型,研究了液压悬置阻尼频率与整车平顺性的关系。结果表明,四立柱道路振动试验台上座椅导轨的振动峰值频率有两个,分别来源于轮心共振和动力总成垂向共振;基于6自由度模型计算的动力总成模态分布,与实际测试整车垂向模态有偏差,源于液压悬置的阻尼作用和整车悬置安装点不满足计算假设;通过优化液压悬置阻尼频率能够抑制动力总成垂向振动,同时降低轮心的垂向振动,有效改善了行驶在粗糙路面的平顺性。