熱門標簽:代寫本科論文 寫作發表 工程師論文 代寫一篇論文多少錢
                        當前位置: 代寫一篇論文多少錢 > 工程師論文 > 皮碗密封結構泄漏問題和改進設計

                        皮碗密封結構泄漏問題和改進設計

                        時間:2019-07-15 14:06作者:曼切
                        本文導讀:這是一篇關于皮碗密封結構泄漏問題和改進設計的文章,利用有限元分析軟件, 對國內某型低溫閥門的皮碗結構密封件接觸壓力開展應力分析, 根據分析成果對原密封結構實施結構改進, 結果表明, 改進后的密封件在20 K低溫下仍然能夠具備良好的密封效果。

                          摘    要: 在低溫閥門設計中經常用到皮碗密封結構進行動密封, 結構設計不合理容易造成泄漏, 通過有限元分析對結構設計進行改進, 提高密封可靠性。結果表明, 改進后的密封結構效果良好, 達到預期目的。

                          關鍵詞: 閥門; 密封; 有限元;

                          Abstract: The sealing structure of the leather bowl is often used in low temperature valve design, unreasonable structure design can cause leakage easily, the structural design is improved through finite element analysis, improve seal reliability.the results show that the improved sealing structure has good effect, achieve the desired goal.

                          Keyword: value; seal; finite element;

                          當前, 低溫閥門被廣泛應用于航空航天、核電站, 石油化工等諸多領域, 國外一般將工作溫度-46℃~-150℃區間的閥門稱為低溫閥門, 國內特殊場合下的低溫閥門工作溫度更是達到-253℃, 因此, 對結構、材料、性能指標、可靠性等方面低溫閥門具有遠高于普通閥門的要求[1]。

                          低溫閥門的閥體結構與形式種類很多, 各個國家通常會根據自己的國情及不同的設計思路, 選用不同的密封形式。在某種特定環境下工作的閥門, 美國選用的密封形式是楔形動密封, 通過在轉軸設置2道動密封, 實現轉軸和端面處密封。俄羅斯則選用石墨動密封, 密封件是由2個復合石墨制成的梯形環, 通過提供壓緊力, 使密封環與密封面壓在一起, 保證密封, 而國內通常會采用相對簡單的皮碗密封結構。由于皮碗密封在試驗過程中容易出現泄漏, 因此有必要對它們進行研究分析及改進[2,3,4]。

                          1 、皮碗密封結構泄漏問題有限元分析

                          1.1 、皮碗結構

                          目前低溫閥門普遍采用的密封結構是由上、下法蘭和密封件組成, 密封件常采用軟鋁墊片。使用時, 將密封件裝入上下法蘭的密封槽中, 用螺栓將上下法蘭把緊, 給密封件施加預緊力, 通過密封件的變形起到密封效果, 見圖1。

                        皮碗密封結構泄漏問題和改進設計

                          皮碗密封結構示意圖如圖1所示, 包括頂桿、密封圈、銦絲、螺帽、頂桿、隔離環等內腔零件和密封零件, 一起組合形成皮碗-滑桿動密封結構。

                          圖1 試驗工裝結構圖
                        圖1 試驗工裝結構圖

                          1.2、 有限元模型建立

                          皮碗密封結構的有限元模型采用軸對稱8節點單元PLANE82劃分, 接觸區域采用二維面-面接觸單元建立接觸對, 見圖2。

                          圖2 皮碗結構密封面示意圖
                        圖2 皮碗結構密封面示意圖

                          在第一個荷載步中, 在壓塊兒上表面施加位移約束, 在室溫條件下進行大變形分析, 頂桿有初始過盈量, 計算結束后, 皮碗和頂桿會處于正常接觸狀態;

                          第二個荷載步中, 給頂桿施加一個向下的位移, 皮碗和頂桿接觸面達到滑動接觸狀態, 此時和實際工況一致;

                          在第三個荷載步中, 溫度下降至20K, 分析冷縮后的載荷和應力變化。

                          1.3、 計算結果及分析

                          從圖2可以看出, 密封泄漏路徑主要有兩條 (I, II, 0中橙色曲線和箭頭所示) , 處于并聯模式, 其中一條密封泄漏便會導致結構密封失效。當溫度下降時由于皮碗的冷縮, C、G密封面逐漸失去密封能力, 和腔體壁面分離如圖3所示。

                          圖3 密封壓力分布圖 (20K, 常溫裝配力)
                        圖3 密封壓力分布圖 (20K, 常溫裝配力)

                          通過分析可以得到以下結論:

                          (1) 低溫工作時由于冷縮作用, 皮碗與腔體的密封面不能起到密封作用;

                          (2) 密封齒與皮碗接觸區域, 皮碗材料非常容易發生局部破壞, 并且由于接觸面有效長度很短, 很難有好的密封性能, 尤其在低溫工作條件下;

                          (3) 皮碗與頂桿的接觸密封面的密封壓力基本上不受裝配力的影響, 主要由皮碗形狀和材料性能決定;

                          (4) 對結構的密封性能占主導作用的只有A、B兩個密封面, 提高這兩個密封面的密封性能和可靠性十分重要。

                          2、 皮碗密封結構改進設計

                          改進型密封結構如圖4所示, 主要密封面為皮碗與頂桿、腔體、密封齒的接觸面?刂品绞綖槌叵陆o定裝配力, 工作時通過閥桿上下運動實現閥的開關。非金屬材料采用聚三氟氯乙烯代替聚四氟乙烯[5,6], 靜密封部位采用鋁墊片。

                          2.1、 有限元建模

                          有限元分析采用軸對稱分析模型, 在盡可能的接觸區域建立接觸單元。模型簡化包括: (1) 腔體冷縮變形量對于皮碗的整體變形量較小, 不會對密封性能產生影響, 在分析中忽略不計; (2) 不考慮壓塊與腔體、頂桿的接觸。在常溫下 (298K) 給定裝配力, 將頂桿頂入。隨后在裝配壓縮量不變的情況下降溫至低溫工作狀態 (20K) , 分析各密封面接觸壓力分布的變化。有限元模型見圖5。

                          圖4 改進密封結構
                        圖4 改進密封結構

                          圖5 改進密封結構有限元模型
                        圖5 改進密封結構有限元模型

                          在第一個荷載步中, 在壓塊兒上表面施加位移約束, 在室溫條件下進行大變形分析, 頂桿有初始過盈量, 計算結束后, 皮碗和頂桿會處于正常接觸狀態;

                          第二個荷載步中, 給頂桿施加一個向下的位移, 皮碗和頂桿接觸面達到滑動接觸狀態, 此時和實際工況一致;

                          在第三個荷載步中, 溫度下降至20 K, 分析冷縮后的載荷和應力變化。

                          圖6 上皮碗密封面密封壓力分布圖
                        圖6 上皮碗密封面密封壓力分布圖

                          圖7 下皮碗密封面密封壓力分布圖
                        圖7 下皮碗密封面密封壓力分布圖

                          圖8 鋁墊密封面密封壓力分布圖
                        圖8 鋁墊密封面密封壓力分布圖

                          2.2、 計算結果及分析

                          圖6至圖8給出初始裝配載荷7800N時計算結果 (20K時的載荷為1889N) 。從圖中可以看出, 溫度下降到20K后下皮碗與頂桿接觸區域的變形量與接觸區域大小沒有明顯改變, 鋁墊密封區域的有效密封寬度和變形都不大, 并且溫度下降后, 由于結構的冷縮影響, 接觸區域和密封壓力值都迅速減小, 可以肯定鋁墊的密封性能在降溫后會明顯下降。

                          圖9至圖11給出初始裝配載荷3600N時的情況 (20K時的載荷為937N) , 從圖中可以看出, 常溫下裝配時的預壓縮載荷對下皮碗和頂桿間的接觸壓力沒有影響。

                          圖9 上皮碗密封面密封壓力分布圖
                        圖9 上皮碗密封面密封壓力分布圖

                          圖10 下皮碗密封面密封壓力分布圖
                        圖10 下皮碗密封面密封壓力分布圖

                          圖11 鋁墊密封面密封壓力分布圖
                        圖11 鋁墊密封面密封壓力分布圖

                          結論如下:

                          (1) 常溫下裝配時的預壓縮載荷對下皮碗和頂桿間的接觸壓力沒有影響。

                          (2) 溫度下降到20 K后下皮碗與頂桿接觸區域的變形量與接觸區域大小沒有明顯改變, 皮碗的大變形使得冷縮的影響可以忽略。

                          (3) 鋁墊密封區域的有效密封寬度和變形都不大, 并且溫度下降后, 由于結構的冷縮影響, 接觸區域和密封壓力值都迅速減小, 可以肯定鋁墊的密封性能在降溫后會明顯下降。

                          3 結論及應用

                          利用有限元分析軟件, 對國內某型低溫閥門的皮碗結構密封件接觸壓力開展應力分析, 根據分析成果對原密封結構實施結構改進, 結果表明, 改進后的密封件在20 K低溫下仍然能夠具備良好的密封效果。

                          參考文獻

                          [1]朱森元.氫氧火箭發動機及其低溫技術[M].北京:國防工業出版社, 1995.
                          [2] Space Shuttle Orbiter Atlantis Liquid Oxygen Prevalve Detent Rolle Cracking Investigation[Z].
                          [3] 吳洋洲.柔性石墨密封圈性能研究[J].航天推進與動力, 2009.
                          [4] 許健.低溫閥門動密封技術及其應用[J].航天推進與動力, 2016.
                          [5]茵挺, 龔烈航, 等.密封材料綜合性能的模糊評價[J].潤滑與密封, 2001, (4) :48~49.
                          [6]陳國棟.常溫低溫組合密封結構的有限元分析與優化設計[D].哈爾濱工業大學, 2008:48~53.

                        聯系我們
                        • 寫作QQ:79211969
                        • 發表QQ:78303642
                        • 服務電話:18930620780
                        • 售后電話:18930493766
                        • 郵箱:lunwen021@163.com
                        范文范例
                        網站地圖 | 網站介紹 | 聯系我們 | 服務承諾| 服務報價| 論文要求 | 期刊發表 | 服務流程
                        快三全天精准计划