The mechanical seals, which are installed in rotating machines like pump and compressor, are gengrally used as sealing devices in the many fields of industries. The failure of mechanical seals such as leakage,fast and severe wear, excessive torque, and squeaking results in big problems. To monitor the failure of mechanical seals and to propose the proper monitoring techniques with artificial neural network, sliding wear experiments were conducted. Torque and temperature of the mechanical seals were measured during experiments. Optical microstructure was observed for the wear processing after every 10 minute sliding at rotation speed of 1750 rpm and scanning electron microscopy was also observed. During the experiment, the variation of torque and temperature that meant an abnormal phenomenon, was observed. That experimental data recorded were applied to the developed monitoring system with artificial neural network. This study concludes that torque and temperature of mechanical seals wil be used to identify and to monitor the condition of sliding motion of mechanical seals. An availability to monitor the mechanical seal failure with artificial neural network was confirmed.
Hydraulic reciprocating seals have been widely used to prevent fluid leakage and to provide lubricant film on counter surface in various hydraulic system. The degradation of the seal may cause the catastrophic failure of the hydraulic system. To assess the durability of the seals and the compatibility with counter surface, accelerated life testing (ALT) has been typically employed from industry. However, ALT often takes up to a few months to cause a failure of the seals, and therefore, there is a need to develop more efficient ALT methods. In this work, the degradation characteristics of polyurethane (PU) seals from field test are investigated and they are compared to those from the component and bench tests, with an aim to contribute to the development of ALT method. From the comparison of the cross-sectional profiles of the sealing surface of the PU specimens before and after the tests, both wear and compression set are found to be responsible for degradation of the PU seals. It is also shown that the major wear mechanisms of the PU seals from the field is abrasive wear and formation of pits. The component and bench tests performed in this work are shown to reproduce such wear mechanisms, and therefore, those test methods can be used as an ALT method for PU seals. In particular, the bench test proposed in this work may be effectively utilized to assess the durability and the compatibility of the seals with the counter surface. The results of this work are expected to aid in the design of ALT for PU seal.
This paper deals with a numerical study of the tribological contact stress distributions of elastomeric lip seals for oscillating shafts when the sealing interference and band width between the lip ease or contact seals and the shaft are present. Using the finite element method the contact stress and band width of scraper seals are analyzed for the sealing interference including some nonlinearities such as geometrical nonlinearity, material nonlinearity and nonlinear contact boundary condition. The FEM results showed that the contact stress concentrated on the contacting lip zone between the contacting edge of lip and the shaft for the increased interference. In double lip scraper seals, ole maximum contact stress of the dust lip, which is used to exclude foreign contaminants is six times higher than that of the primary sealing lip, which is used to contain lubricants.
A mechanical face seal is a tribo-element intended to control leakage of working fluid at the interface between a rotating shaft and its housing. Leakage of working fluid decreases drastically as the clearance of the mating seal faces gets smaller. But the very small seal clearance results in an increased reduction of seal life because of high wear and heat generation. Therefore, in the design of mechanical face seals a compromise between low leakage and acceptable seal life is important, and it presents a difficult and practical design problem. A fluid film or sealing dam geometry of the seal clearance affects seal lubrication performance very much, and thereby it is one of the main design considerations. In this study the Reynolds equation for the sealing dam of mechanical face seals is numerically analyzed, using the Galerkin finite element method, which is readily applied to various seal geometries. Film pressures of the sealing dam are analyzed, including the effects of the seal face coning and tilt. Then, lubrication performances of the seals, such as opening forces, restoring moments, leakage, and dynamic coefficients, are calculated, and they are compared to the results obtained by the narrow seal approximation.
The effects of angular misalignment, coning and the temperature difference between the primary seal ring and the seal seat on the pressure distribution in mechanical face seals are analyzed. The modified Reynolds equation for the temperature dependent viscosity was solved by a finite difference approximation and Gauss-Seidel method. It is shown that the amplitude of pressure is significantly affected by the misalignment of the seals and a large temperature difference between the rotor and the stator.
Thermal distortion of non-contacting mechanical seals with inclined rubbing surfaces is affected by friction heat between seal ring and seal seat. The circulation fluid along the inclined rubbing surfaces maintains cooling friction heat and lubrication between the sealing surfaces of mechanical seal with an inclined surface. Mechanical seals with inclined sealing surfaces may be useful for reducing the frictional heating and power loss because of the introduction of cooling fluids to the sealing gap between seal ring and seal seat. From the FEM computed result shows that the thermal behavior and von Mises stress of sealing faces with an inclined angle 60 are much reduced in comparison of the conventional mechanical face seal with rectangular sealing surfaces.
Mechanical seals are one of main components of high speed centrifugal pumps. So, it is very important to detect the faults (scratch, notch, indentation, wear) of mechanical seals since the damage of seal can cause a critical failures or accidents of machinery system. In the past, many researchers mainly performed to detect the seal fault using the time signals measured from sensors. Recently, studies are focused on the development of on-line real time monitoring system. But study on the feature parameters used for fault detection of mechanical seals has a little been performed. In this paper, we showed feature parameters extracted from accelerated and acoustic signals by using the discrete wavelet transform (DWT), alpha coefficient, statistical parameters. And also verified the possibility for fault detection of mechanical seal.
A 3D thermo-elasto-hydrodynamic model is developed to analyze the sealing performance of a notched mechanical seal applied in the reactor coolant pump. In the model, the generalized Reynolds equation, the energy equation coupled with notch heat balance equation, the heat conduction equations, and the deformation equations of the sealing rings are iteratively solved by the finite element method. The film pressure and temperature distribution are obtained, and the deformation of the sealing rings is revealed to study the mechanism of the notched mechanical seals. A parameterized study is conducted to analyze the sealing performance under different operating conditions. As a comparison, the sealing performance of non-notched seals is also studied. The results show that the hydrostatic effect is dominant in the load-carrying capacity of the fluid film due to the radial mechanical and thermal deformations. The notch can cool the fluid film and influence the thermal deformation of seal rings. The sealing performance is sensitive to the pressure difference, ambient temperature, and rotational speed. It is suggested to set the notches on the softer sealing rings to acquire the greater hydrodynamic effect. Compared with the non-notched, the notched end face holds a better lubrication performance, especially under lower rotational speed.
Magnetic fluid, a new type of magnetic material, is a colloidal liquid constituted of nano-scale ferromagnetic particles suspended in carrier fluid. Magnetic fluid sealing is one of the most successful applications of magnetic fluid. As a new type of seal offering the advantages of no leakage, long life and high reliability, the magnetic fluid seal has been widely utilized under vacuum- and low-pressure-differential conditions. In practical applications, for improved pressure capacity, a multistage sealing structure is always used. However, in engineering applications, a uniform distribution of magnetic fluid under each tooth often cannot be achieved, which problem weakens the overall pressure capacity of the seals. In order to improve the pressure capacity of magnetic fluid seals and broaden their applications, the present study theoretically and experimentally analyzed the degree of non-uniform distribution of multistage magnetic fluid seals. A mathematical model reflecting the relationship between the pressure capacity and the distribution of magnetic fluid under a single tooth was constructed, and a formula showing the relationship between the volume of magnetic fluid and its contact width with the shaft was derived. Furthermore, the relationship of magnetic fluid volume to capacity was analyzed. Thereby, the causes of non-uniform distribution could be verified: injection of magnetic fluid; the assembly of magnetic fluid seals; the change of magnetic fluid silhouette under pressure loading; the magnetic fluid sealing mechanism of pressure transmission, and seal failure. In consideration of these causes, methods to improve the pressure capacity of magnetic fluid seals was devised (and is herein proposed).
In this paper, the flow properties of staggered labyrinth seals are investigated. Leakage flowrates and pressure distributions are calculated for this seal. Then the dynamic stiffness and damping coefficients are calculated. The results are compared to the results of the some other papers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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