有限元分析在密封设计中的重要性

由。本-刘易斯

密封件是加压系统的关键部件。所有行业内的趋势将应用条件以及反过来的密封性能推到了极致。

为这些应用设计密封件是相当具有挑战性的。在能源应用中,温度可以超过500°F (266°C),在航空应用中,温度可以降到-60°F (-51°C)以下。压力范围从航空航天液压系统的3-5 ksi(20.7-34.4 MPa)到油田钻探的40 ksi(275.7 MPa)以上。此外,液体可能是腐蚀性的,动态运动可能是显著的。

图1:有限元分析模型。

在密封设计过程中使用的工程工具之一是有限元分析(FEA)。有限元分析是一种数值解决技术,可用于模拟和预测特定应用条件下的密封响应。

有限元分析可以通过几种方式在密封设计中得到利用。最常见的方法是评估接触压力曲线。接触压力是指密封件对金属硬件产生的压力,以抵抗系统压力的旁路。密封件的接触压力将根据密封件的温度、密封件的挤压量和应用的系统压力而变化。

这些信息使设计者能够在所有感兴趣的温度/压力条件下达到足够的接触压力和长度。接触压力和总接触力也可用于比较多种设计,以确定任何应用的最佳设计。

图2:等高线图(顶部)和线图(底部)显示了多种压力条件下的密封性。

有限元分析是使格林-特威德在世界一些最具挑战性的密封应用中取得成功的众多工具之一。

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