基於流固熱動耦合的唇形密封抗磨特性研究和壽命評估

《基於流固熱動耦合的唇形密封抗磨特性研究和壽命評估》是依託清華大學，由賈曉紅擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於流固熱動耦合的唇形密封抗磨特性研究和壽命評估
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：賈曉紅
• 項目類別：面上項目

項目摘要

密封失效不僅會引起巨大經濟損失或致命災害，而且也是制約機械系統實現設計壽命的瓶頸之一。本申請擬以旋轉軸唇形密封為對象，理論分析和實驗測量相結合，建立流固熱動耦合的密封性能仿真模型，研究密封系統摩擦磨損特性和泄漏率變化規律，進行最佳化設計以提高密封性能，探索密封失效模式，建立壽命評估和預測模型。並通過軸表改形設計延長密封壽命。基於以上工作，建立一套密封性能仿真和壽命評估理論研究方法及實驗測量系統，可擴展用於往復軸唇形密封和其他成型填料密封。預期成果不僅可為高性能橡塑密封的研製提供理論基礎和設計方法，打破我國重大裝備關鍵配套密封件完全依賴進口的局面，也為未來研製智慧型密封積累技術和數據，在延長密封安全服役壽命、提高可靠性方面更上一個台階。課題開展對預防重大事故發生、保證我國重大工程建設等具有重要的理論意義和經濟價值。

結題摘要

唇形密封廣泛用於機械系統，對保障主機安全和可靠性起著關鍵作用。本項目以旋轉軸唇形密封（簡稱唇封）為對象，採用理論分析、數值仿真和實驗測量相結合的手段，開展了唇封性能仿真、性能劣化規律、壽命評估和延壽設計等方面的研究。具體包括：採用統計學方法，建立了模擬唇封穩態工況下的混合潤滑模型。模型耦合考慮了潤滑油膜的流體力學分析、粗糙峰與軸之間的接觸力學分析以及密封唇的固體力學分析。研製了一套密封實驗台和檢測裝置，模擬唇封的實際工況，對唇封性能進行測試，驗證了數值仿真模型的正確性。基於以上的理論方法和實驗平台，建立了密封唇摩擦磨損模型和老化模型，研究了導致唇封性能隨著時間歷程產生動態演化的兩個影響因素——橡膠磨損和老化，通過綜合考慮這兩者的共同影響，建立了唇封性能動態演化規律通用模型。基於該方法預測了某一工況下唇封泵送率隨著運行時間的變化規律，並得到了台架實驗結果的驗證，證明了通用模型的正確性。提出了通過最佳化設計唇封結構和軸表織構化處理的方式，實現減小摩擦力矩同時又增大泵送率的最佳化目標，以減小橡膠老化和磨損的影響程度，延長唇封的使用壽命。本課題建立的研究方法和技術平台，可以用於其他同類密封的研究。研究成果可以用於最佳化密封設計方法和提高密封系能。部分成果已經用於產品設計。同時，取得的成果為後續的研究提供了基礎數據和研究平台，在此基礎上可以進一步開展智慧型密封、密封可靠性、密封機理和密封材料的研究工作。