转子-轴承-干气密封系统振动响应及结构优化

目的为了提高干气密封系统在运行工况下的稳定性,对密封螺旋槽槽型参数进行优化。方法根据转子-轴承-干气密封系统轴向振动动力学模型,建立双自由度振动方程。在特定的工况下,通过Maple软件多次拟合求解气膜非线性方程,得到气膜轴向刚度和阻尼。运用MATLAB软件中的龙格-库塔法对三阶的非线性振动方程数值求解,绘制不同螺旋角度下的时间历程图和相图,分析对比不同螺旋角度下静环的振动位移。结果从螺旋角度与静环振动位移的关系得出,当α=74.53°时,静环振动位移最小,其最大振幅为7μm,最大振速为7μm/s;当α=73.78°时,静环振动位移最大,其最大振幅为16.5μm,最大振速为17μm/s。改变螺旋角度可以调节和减小静环的振幅。结论在考虑叶轮转子的气动力和轴承油膜力的干气密封系统下,螺旋角度的增加能够提高系统运行的稳定性,增加螺旋角度(0.5°~0.6°)使得动静环的追随性最佳,对干气密封结构的设计提出了指导。     

某船用唇形密封失效因素试验及仿真模拟研究

目的 针对船用唇形密封使用过程中的唇口破坏问题,研究唇形密封失效影响因素及唇形密封应力、位移、接触压力分布特性。方法 模拟实船齿轮箱输入结构搭建试验台,进行密封失效因素分析,并利用有限元分析软件建立旋转唇形密封的二维轴对称模型,分析过盈量及橡胶本体材料参数对唇形密封应力、位移、唇尖接触压力分布的影响。结果 除密封材料及密封接触应力因素不确定外,其他所列因素几乎均未发生泄漏,因此进一步对不同材料及接触特性进行有限元分析。研究表明,3种材料中,2号材料的Von Mises应力值最大,且不管何种材料,随着过盈量增加,唇尖应力沿着参考线先增大后、逐渐减小、再增大,并呈现非对称分布,过盈量超过0.4 mm时,唇形密封的最大应力出现在骨架与橡胶本体接触圆角处。随着过盈量的增加,3种材料唇尖最大接触压力的变化趋势不同,最大Von Mises 接触应力逐渐增大,且过盈量在0.6 mm之后增速较快,唇尖接触线位置接触压力先减小、后逐渐增大,拐点在接触线位置0.25~0.3 mm处。结论 油温、油压、安装方式、偏心量、转速对于唇形密封失效的影响较小。材料属性与过盈量都会引起唇形密封Von Mises应力及唇尖接触压力发生较大变化,只是影响应力峰值大小不同,材料属性对于唇形密封本体位移的影响较小,过盈量会引起位移较大变化,且会引起最大应力位置变化,同时接触线接触应力与接触压力大小没有相关性。对于唇形密封安装来说,在过盈量为0.8 mm左右时较为合理。     

基于循环冲击加速试验的某O型橡胶密封圈寿命评估方法

目的 快速准确评估温度循环条件下某O型橡胶密封圈的贮存寿命。方法 模拟O型橡胶密封圈真实受压状况,设计专用夹具,在4个应力条件下开展温度循环冲击加速寿命试验,获得密封圈退化数据,分析并获得密封圈伪失效寿命,构建修正Coffin-Manson模型,并利用不同试验条件下得到的伪失效寿命数据对模型进行参数估计,获得Coffin-Manson寿命预估模型,外推常温条件下密封圈的贮存寿命。结果 通过试验表明,指数模型相比对数模型与线性模型能更准确描述密封圈的退化情况,经Coffin-Manson模型评估,该O型橡胶密封圈常温条件下的贮存寿命为6.13 a,与工程经验数据吻合。结论 所提出的基于循环冲击加速试验的O型橡胶密封圈寿命评估方法可以准确评估密封圈的贮存寿命,大大缩短试验周期,节省寿命评估试验时间和成本,为密封器件的寿命评估提供了参考。     

衍生T形槽干气密封稳态性能研究

目的 设计具备双向旋转特点的动压型干气密封端面结构,并展现良好的开启性能,以T形槽为优化对象,衍生出一种新型槽型结构。方法 借助有限元软件,计算并对比经典T形槽与衍生槽型在流场特性和稳态性能方面的差异,探讨不同参数对2种槽型干气密封稳态性能的影响规律,揭示衍生槽型的密封机理。结果 衍生槽型的开启力高于经典T形槽,泄漏率也会增加。随着工况参数的升高,2种槽型的稳态性能参数近似线性增加,且差异逐渐增大,最小差异达到6.6%。随着槽深的增加,泄漏率方面的差距在逐渐减小,为扩大衍生槽型的控漏效果,槽深应>5μm。开设有引流槽型结构的衍生槽型稳态性能顺序为发散型>直口型>收敛型,但在文中的工况下,数值差别较小,最大仅为1.2%。结论 相比于经典T形槽,衍生槽型具有更强的动压效应,开启性能明显提升。另外,通过开设不同形式的引流槽可以改变气膜的流动特性和干气密封性能。     

非接触式间隙密封旋转接头动力学建模与分析

目的研究非接触式间隙密封旋转接头的动力学特性。方法针对一种典型的间隙密封旋转接头,建立考虑非线性油膜力、转子旋转运动和浮环振动等因素的系统动力学方程,采用数值仿真分析油膜间隙、转速、密封圈刚度等对转子和浮环运动的影响。结果间隙越大,转子运动幅值越大,转子与浮环的相对运动位移也越大;随着转速的升高,转子和浮环运动幅值先增大后减小;随着密封圈刚度的增大,转子和浮环的运动幅值先增大后减小。结论建立的动力学模型可用于分析非接触式间隙密封旋转接头的动力学特性,为旋转接头设计提供了理论方法。     

基于热流固耦合的双槽阶梯槽应力变形分析

目的 获得双槽阶梯槽的干气密封性能。方法 运用热流固耦合方法,对双槽阶梯槽、单螺旋槽密封动、静环进行变形与应力分析,得到在不同工况下2种槽型密封环的变形图和应力分布图,讨论不同工况对2种槽型密封环变形量和应力的影响规律。结果 随压力的增加,单螺旋槽密封环最大变形量的增长率低于双槽阶梯槽,而双槽阶梯槽密封环最大应力值的增长率高于单螺旋槽。随转速的增加,2种槽型密封环的变形量均减小。在转速为25 000 r/min时,双槽阶梯槽动环的最大变形量比单螺旋槽低13.7%。在转速变化范围内,单螺旋槽和双槽阶梯槽的最大应力值分别下降了8%、13.9%。随着转速的增加,相对应的2槽型密封环最大应力值的差值越大。结论 双槽阶梯槽密封环最大变形量和最大应力的增长率均高于单螺旋槽,双槽阶梯槽密封环的变形量和最大应力值均小于单螺旋槽。这表明在高速工况下,双槽阶梯槽运行更稳定。     

基于锡合金的水下机器人密封自修复系统设计

目的 解决水下机器人推进器密封系统在驱动电机轴高速旋转和高水压情况下,密封件易磨损失效导致发生漏水故障的问题。方法 利用余度设计思想,在原有密封结构的基础上,设计一种基于锡合金的水下机器人密封自修复系统,当原有密封结构失效漏水,密封自修复系统便控制限位锡合金块加热至融化,使锡合金块的限位作用消失,进而释放冗余密封圈,并通过拉簧的作用将冗余密封圈推至密封槽内,从而恢复推进器的密封功能。为验证设计的可靠性,又通过有限元软件ANSYS对密封自修复结构中影响密封性能的关键部件进行静力学分析。结果 关键部件的强度仿真结果均满足设计要求,在密封自修复实验装置箱体内注适量水,并施加2 MPa的水压保持一段时间,密封自修复系统成功启动,且其密封性能传感器未检测到其漏水。结论 密封自修复系统可在漏水的情况下顺利启动,并起到密封的作用,验证了设计的可行性。     

差速器壳体疲劳寿命仿真分析方法

目的 研究差速器壳体疲劳寿命分析方法,调查差速器壳体断裂的根本原因.方法 以具体试验工况为输入,以减速器壳体支撑刚度为边界条件,以齿轮啮合力为输入载荷,建立弹性支撑条件下的差速器壳体有限元模型,并进行强度计算.以强度分析结果为输入,在疲劳寿命计算软件FEMFAT中进行疲劳寿命校核.考虑到差速器壳体分析工况较多、载荷复杂,采用Neuber公式,结合材料的循环应力-应变曲线方程和应力-应变迟滞回线方程,进行线弹性应力修正的方法进行校核.同时,为了更好地模拟差速器的运行极限工况,分析载荷采用了三正一负交替变化的载荷.最后,基于线性疲劳累积损伤理论的Miner法则对结果进行判断.结果 基于线性疲劳累积损伤理论的Miner法则,初始设计方案的计算结果表明,疲劳破坏发生在壳体过渡圆角处,其可承受的载荷循环次数为270次,不满足大于350次的设计目标,结果与疲劳台架试验相符,且失效区域对应性较好.通过增大差速器壳体过渡圆角半径及增加壳体厚度的方法对差速器壳体进行优化,优化后的疲劳分析结果显示,疲劳寿命增加至417次,满足350次设计目标,并顺利通过耐久台架试验.结论 通过优化前后台架试验结果与仿真结果的对比证实,该仿真分析方法能准确预测差速器壳体的疲劳水平,且该分析方法在计算精度方面是完全可信的,可以在实际项目开发中应用,可提前识别并规避风险,减少后期台架验证成本.     

LY12CZ腐蚀疲劳寿命的神经网络研究

通过对已有LY12CZ腐蚀疲劳试验数据分析,建立腐蚀年限和应力幅值对应疲腐蚀劳寿命的BP网络映射模型来预测其腐蚀疲劳寿命.为了提高网络模型预测精度,采用牛顿插值法扩充历史试验数据,满足神经网络对训练数据致密性要求.研究结果表明,网络预测结果误差较小.利用网络预测结果计算,lgSα和lgN具有较高的线性相关性,R=0.94～0.99,且斜率B为-3.3～ -3.4.     

电极褶皱角度对三维电极强化活性污泥法处理印染废水中溶解性有机物的影响

以印染废水中溶解性有机物（DOM）为研究对象，重点研究了褶皱角度对三维电极强化活性污泥系统（3D-EAS）处理印染废水的出水水质及DOM去除效果的影响，通过分析系统电化学特征及微生物群落结构演替规律，揭示了3D-EAS对DOM的降解机理.结果表明，褶皱角度为30°时，系统具有最佳处理效果，出水TOC(23.78 mg·L-1)与TN(5.14 mg·L-1)最低，溶液电阻最小（2.11Ω），DOM的急性毒性由47%削减至8%.不同褶皱角下，各反应器出水急性毒性无显著性差异，但出水DOM的去除特征差异明显.R30（褶皱角度为30°的三维极板）和R60（褶皱角度为60°的三维极板）优先降解富里酸类、腐殖酸类性物质，而R90（褶皱角度为90°的三维极板）和R180（褶皱角180°为无角度极板）优先降解蛋白质类物质、可溶性微生物产物.由DOM分子与急性毒性的斯皮尔曼相关性可知，不饱和高氧类化合物和脂肪类化合物与急性毒性呈负相关.微生物群落结构分析结果发现，褶皱角可显著改变三维电极强化活性污泥系统中微生物群落结构，3D-EAS中的优势菌属为Defluviicoccus、Sphingomonas、...     

密封组合形式对结构密封性能影响研究

目的研究密封组合形式对结构密封性能的影响。方法开展密封性能试验,从密封形式、装配形式和涂覆形式的3种组合形式开展试验研究,找出结构密封性能影响因素,筛选密封最优组合形式。结果结构密封3种组成形式分别为有无贴合面的密封形式,干涉装配、湿装配形式,部分涂覆、全涂覆形式。开展2种应力水平下8种密封组合形式的密封性能试验,在保证密封工艺质量条件下,按照飞机结构和受载特点选取合理密封组合形式能有效提高结构密封性能。结论在飞机应力较高、不常拆的密封部位应选择贴合面密封、干涉装配、部分涂覆的密封组合形式,在飞机结构设计要求间隙装配、常拆卸的密封部位选择贴合面密封、湿装配、部分涂覆的密封组合形式。     

某型橡胶密封圈加速贮存试验设计与实践

目的针对某型橡胶密封圈开展加速贮存试验设计,并通过试验预测产品贮存寿命。方法通过分析橡胶密封圈在贮存使用环境下的失效机理,结合橡胶材料性能老化模型,在不改变失效机理、又不增加新的失效机理的前提下,以密封圈整件作为试验对象,用加大温度应力的试验方法加速产品失效过程,根据试验结果预计正常环境应力下的产品贮存寿命。结果采用温度应力作为加速贮存应力开展密封圈加速贮存试验方案设计和验证工作,评估得到其在贮存温度为20℃的环境中,贮存寿命可以达到16.97年,置信度大于0.95。结论以密封圈整件作为试验件,采用温度应力作为贮存敏感应力开展加速贮存试验,所评估得到的贮存寿命与产品已有的自然贮存寿命结果吻合得较好,试验状态更加真实,为橡胶密封圈更换周期提供参考依据,并为密封圈贮存寿命的定量评估提供了一种参考方法。     

飞机密封防水新技术研究

针对我国飞机传统密封防水方法存在的主要问题,提出了道轨式密封带与胶体密封剂相结合的密封防水方法,并应用于3个机型9个关键对接部位的密封防水改进。密封防水试验结果表明,该方法具有优良的密封防水性能,能达到“滴水不漏”的效果,适用于对飞机各种口盖、活动构件、连接部位、螺栓孔等存在缝隙的结构部位进行密封防水。     

主减速器橡胶密封圈性能衰减模型及日历寿命评估

目的 构建主减速器橡胶密封圈储存/装机条件下的性能衰减模型,评估其实际储存日历寿命、储存/装机条件下的折算系数。方法 将功能结构件实际尺寸（实际装配、初始轴向厚度和压缩时轴向厚度）、实际生产产品尺寸和安全裕度相结合,确定橡胶密封件的失效判据。对实际使用的FX-4、FX-17橡胶密封圈2种初始压缩率的装机状态下进行5个温度点的加速老化试验,测定2种橡胶密封圈压缩永久变形率的老化指标参数,利用回归分析得到相应的衰减模型,结合实际储存13a的橡胶密封圈的压缩永久变形率进行检验,确定储存/装机条件下的折算系数。结果 以25%为失效判据,橡胶密封圈储存年限可达19.8 a。结论 为了保证使用安全和外场计算方便,FX-4密封圈装机使用1 a相当于储存2 a,FX-17密封圈装机使用1 a相当于储存3 a。     

Ecosystem evolution of seal colony and the influencing factors in the 20th century on Fildes Peninsula,West Antarctica

As the topmost predator in Antarctica, the seal is a unique indicator of Antarctic environment and climate changes. In this study, we collected a sediment core from the Fildes Peninsula of West Antarctica, and used cholesterol, cholestanol, epicoprostanol, coprostanol, and seal hair numbers as the proxy indicators of seal population size and phytol as of general vegetation, and we reconstructed the 20th century history of variation of the seal population and vegetation abundance on this island. The sealing industry in the early 20th century caused the dramatic decline of seal population, and the ban of seal hunting since the 1960s led to its recovery of seal population. The seal population during the past century was primarily controlled by human activities and krill density. The reconstructed relation between seal population and vegetation abundance may oifer new insights into Antarctic environment and ecology.     

弹用O型硅橡胶密封圈失效机理及模型

目的利用日常收集到的使用数据来判断密封圈寿命,为预测弹药寿命提供依据。方法分析O型圈故障模式,引入了故障率经验公式。规范化O型密封圈的故障率公式,导出综合考虑了密封圈尺寸、接触应力与密封圈硬度、流体黏度、温度的密封圈故障率模型,并用算例验证这一模型的有效性。结果 O形硅胶密封圈的主要故障模式是泄漏,导出了综合考虑各因素后的密封圈故障率模型,并用该模型准确算出了某弹药的寿命。结论文中导出的故障率模型对于在弹药保障工作中评估某些种类弹药储存期限有借鉴意义。