金属C形环力学性能及密封特性分析

2014-12-23 贾晓红 清华大学摩擦学国家重点实验室

  弹簧加强金属C 形环是一种性能优良的静密封元件,为研究结构对C 形环力学性能以及密封面接触特性的影响,建立弹簧加强金属C 形环三维仿真模型,采用有限元方法分析C 形环的压缩回弹特性。仿真结果与压缩回弹实验结果一致,验证了理论模型的正确性。分析C 形环密封面上接触区域和接触压力的变化规律,讨论C 形环结构对密封特性的影响。真空技术网(//crazyaunt.cn/)认为:在相同的载荷下,C 形环卸载时的接触区域比加载时的大,表明在卸载阶段C 形环在更低载荷下即可维持同等密封效果; 螺旋弹簧使C 形环具备良好的回弹性能,能更好地应对使用工况的波动; 银层使法兰与密封环的接触界面实现良好密封,合金层起保护银层和平稳传递接触力的作用。

  金属C形环因其在高温高压下具有优越的密封性能而被广泛应用于核工业、火电、石化、冶金等行业,常见的C 形环截面结构包括两大部分:内部是由丝材绕制而成的螺旋弹簧,作为弹性主体;外部是C 形包覆层,由里层的合金包覆层和外层的软金属包覆层组成,软金属包覆层材料具有良好的延展性,其塑性变形能充分弥补法兰密封面的缺陷,通常采用银或铝等材料。

  目前为止并于C 形环的科学钻研还相对稀有,旱期有澳大利亚和非洲学术界科学钻研了富含锥型压簧的五金C 形环的再挤压回弹形态与填料密封圈功能,近近年以来,有传统学术界将锥型压簧相当于为等效的O 形环,保持C形环的二维轴呈对称模型工具,科学钻研了围绕层下垂和脆性断裂对填料密封圈比压的导致到;我国国内有学术界将锥型压簧相当于连成一片编密实并排的O 形圈,小组讨论结束构对C 形环的再挤压回弹形态的导致到。   总而言之上述,对于螺旋弹簧强化的材料C 形环的探讨没有,涉及到的的建模和了解不健全完善,对于的结构的类型对封口性面使用和发生形变性后果的探讨还趋于稳定一片空白。于是,选文小说家面向C 形环的的结构的类型特殊性,建立联系三维图像模特,的运用有限公司元的办法了解其解压缩回弹性,并与实验所結果实现较;进这一步了解封口性上面使用部分和使用压力值随负载的变化无常有原则,分析C 形环的封口性共识机制,小组讨论的结构的类型对C 形环封口性性的后果,为C 形环的选择和改进规划保证理论上参考使用。 1、有限的元模特   多于径尺寸大小D = 318 mm 的C 形环为算例参与研究分析,其机构右图1 已知,一些数据下列: 双螺旋扭簧的原料为Inconel-X750,匝数N = 507,线径Ds = 1.8mm,不锈钢层的原料为Inconel600,的板厚为t1 = 0.5 mm,软合金层的原料为银,的板厚为t2 = 0.3 mm。

C 形环结构示意图

图1 C 形环组成部分图示图   C 形环的组成部分沿周向存在时间性,每半匝压缩弹黄所各自的C 形环精彩细节描写即形成同一款 时间,但压缩弹黄的锥型式性导至紧邻时间精彩细节描写左右并并不是相匹配的的,如若只取同一款 时间来概述,边缘状况其特性很难准确度无误养成。因此,压缩弹黄左右的了解甚至的材料的非线形给概述所带来了巨大的难点,的时候有教授将锥型式压缩弹黄简单化成O 形管某些一匝匝密实并排的O 形圈,如此一来会增多组成部分的硬度和压缩弹黄左右的了解,使概述结局不准确度无误,也没有办法领取了解水压的真正分布范围问题。考量到C 形环组成部分的时间性,为尽机会缩减换算量,文章笔者选中三匝压缩弹黄所各自的C 形环精彩细节描写设计,在周向边缘上相当于地施用面相匹配的明确,能够得到换算结局后只选中中的一段段来概述,若要消除边缘现象的后果。   用刚度和强度剖面仿真虚拟训练实验室台再压缩C 形环常用的厚法兰盘,非常有限公司元代数沙盘3d模式化如下图2(a) 如下图已知。满足到五金C形环变行时村料遭受塑性变形的原的原材料的原的原材料传播和塑性变形的原的原材料的原的原材料进行強化,所采用多线形等向进行強化村料沙盘3d模式化仿真虚拟训练村料的弹塑性变形的原的原材料的原的原材料。在做到来计算精密度较的的前提下评定网格,为减低来计算量,所采用三维图空间空间八子域六面体模快仿真虚拟训练包裹层,用三维图空间空间十子域四周体模快仿真虚拟训练双雷韵气压缩大弹簧,用三维图空间空间交往模快仿真虚拟训练刚度和强度剖面与银层中间、合金钢层与双雷韵气压缩大弹簧中间、双雷韵气压缩大弹簧后侧中间的交往对,在定期情节的纵断面处释放面对应点约束条件。非常有限公司元网格沙盘3d模式化如下图2(b) 如下图已知,模快占比168 725,子域占比162 506。

C 形环有限元模型

图2 C 形环不足元仿真模型   读取时,上、下刚度好的立体图向主靠着减少C 形环,模似机预紧的全过程;御载时,上、下刚度好的立体图相应增大,模似机蝶阀法兰面溶合造成的的C 形环回弹。 4、论文   (1) 建立起了C 形环的三维立体真實模特,是受限的元防真能够得到的解压解回黏性质与进行实验结局很吻合器,该是受限的元模特可以使用于預測的不同尺寸规格C 形环的解压解回黏性能。   (2) 研究了C 形环隔绝面的接受因素,取得接受位置和接受负压随剪力的发展規律,并详细分析谈谈了C 形环的隔绝规则,但是阐明C 形环兼有良好的的隔绝使用性能。   (3) 讨论稿结束构对C 形环密封性性隔绝耐热性的损害: 螺旋式板弹簧使C 形环拥有积极的回弹耐热性,能有效地应该对利用工程的下跌,银层使法兰部与密封性性隔绝环的使用介面体现积极密封性性隔绝,合金钢层起保护性银层和平衡传送使用力的的功效。