Skip to main content
SUPERVISOR
Mahmoud Farzin,Peiman Mosaddegh
محمود فرزین (استاد راهنما) پیمان مصدق (استاد مشاور)
 
STUDENT
Fariba Zeinali ghotbabad
فریبا زینلی قطب آباد

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Design of High-Pressure Seal
Nowadays, in various industries such as aerospace industry, gas and oil, chemical industry, refineries and petrochemical industries,etc., mechanisms at high high pressure are required to allow the process to be completed. Pressure rise of the fluid occurs inside the chamber which has usually a cylindrical shape. Therefore, it is vital to design a sealing system in order to prevent the leakage of the fluid. The leakage happens when the fluid pressure is increased. The reason for this is that as the process progresses,the pressure differences between the outside and inside of the system goes up and consequently the tendency of the fluid leakage increases in a way that the tank turns into a kind of un controllable vessel chamber that even the least disruption in sealing system causes fluid leakage and it’s damage of which maybe irreparable. Therefore, for such processes (high pressure processes), sealing secure is an extremely important prerquisite. This research aims at designing a high-pressure seal, based on the Bridgman plan, by means of which the fluid pressure is increased through a sealing system, as a result of which the sealing operation is carried out securely. Bridgman has stated that the key development which enabled him to reach higher pressures without leaks was his invention of the unsupported-area seal, now called the Bridgman seal. The principle of its operation is that pressure in the contained fluid produces an “over pressure” in the seal, which prevents leakage. In order to check the sealing system operation, ABAQUS simulation software was used. Different sealing rings (o-ring, u-ring, c-ring and v-ring) were simulated. A sealing ring is acceptable that can create enough sealing pressure which is greater than the fluid pressure. In addition, the shape of the ring should be such that the sealing ring pressure distribution is more uniform to prevent seal damage. The choice of a proper material is probably the most critical factor in the design of seals able to withstand extremely high pressure, and knowledge of material mechanical properties is essential for the finite-element model (FEM) simulations needed to understand and optimize seal behavior. Based on very few commercial solutions proposed for high pressure applications five materials potentially suitable for ultrahigh-pressure sealing systems have been selected for testing. Nitrile-Nutadiene Rubber (NBR), Silicone Rubber, Polyamide 6 (PA6) and Ultrahigh Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE) reinforced with glass and ceramic microspheres to enhance wear resistance have been considered suitable to be used in the sealing ring for their good pressure carrying capability combined with wear life. Properties of PA6, UHMWPE-glass and UHMWPE-ceramic obtained from previous research. Uniaxial tension and stress relaxation tests were performed to obtain properties of NBR and silicone rubber. Uniaxial tension tests showed that the behavior of NBR and silicone rubber were hyperelastic, but PA6 and UHMWPE materials exhibited a typical elasto-plastic behavior. Combination of viscoelastic and hyperelastic models were used to simulate the behavior of NBR and silicone rubber, and a combination of elastic and viscoelastic models were used to simulate the behavior of PA6, UHMWPE-glass and UHMWPE-ceramic. Keywords: Sealing, High-Pressure, Bridgman, Polymers, Hyperelastic
امروزه در صنایع مختلفی هم چون صنایع هوا فضا، انرژی اتمی، صنایع شیمیایی، پالایشگاه ها، صنایع پتروشیمی و … نیاز به استفاده از مکانیزم هایی با فشار بالا می باشد تا امکان انجام و تکمیل فرآیند های مربوطه فراهم شود. افزایش فشار درون محفظه ای سیلندری شکل انجام می گیرد و در نتیجه چنین محوطه ای باید در مقابل نفوذ سیال درون محفظه به بیرون آن، آب بند باشد. با بالا رفتن فشار مشکلات فراوانی در زمینه ی نشست سیال پدید می آید چرا که با پیشرفت فرآیند، اختلاف فشار بیرون و درون سیستم افزایش یافته و در نتیجه، تمایل سیال به نشست افزایش می یابد. به گونه ای که مخزن موجود مانند بمبی می شود که کوچک ترین اخلال در سیستم آب بندی موجب نشت و حتی انفجار و خسارات جبران ناپذیری می گردد. بنابراین برای انجام چنین فرآیندهایی (فرآیندهای فشار بالا)، آب بندی ایمن از ضروری ترین نیاز هاست. این پژوهش به طراحی یک آب بند فشار بالا بر اساس طرح بریجمن می پردازد، به گونه ای که با استفاده از فشار سیال و افزایش آن توسط مجموعه ی آب بند عملیات آب بندی با اطمینان صورت گیرد. برای بررسی عملکرد آب بند از شبیه سازی به کمک نرم افزار آباکوس استفاده شده است. رینگ های مختلف آب بندی بررسی می گردد و در نهایت رینگی که بتواند علاوه بر ایجاد فشار کافی (فشاری بیش از فشار سیال)، توزیع یکنواخت تری از فشار را داشته باشد (به منظور جلوگیری از آسیب آب بند)، انتخاب می گردد. در این پژوهش از PA6، UHMWPE-glass، UHMWPE-ceramic، Rو سیلیکون برای آب بند فشار بالا استفاده شده است. PA6، UHMWPE-glass، UHMWPE-ceramic رفتار الاستو- پلاستیک و تابع زمان دارند. از این رو، برای شبیه سازی آن ها از مدل های الاستیک و ویسکوالاستیک استفاده می شود. Rو سیلیکون رفتار هایپرالاستیک و تابع زمان دارند و برای شبیه سازی آن ها از مدل های هایپرالاستیک و ویسکو الاستیک استفاده می شود. کلمات کلیدی: آب بندی، فشار بالا، بریجمن، پلیمر ها، هایپرالاستیک

ارتقاء امنیت وب با وف بومی

100%