This paper presents the design safety of metal seals in pressure vessels. For a high-pressure vessel, a metal seal is usually used as a primary sealing, and an elastomeric rubber O-ring is adopted as a secondary sealing unit. The FEM computed results show that an aluminium material for sealing a gas leakage is superior to a steel one because of the thermal expansion rate. The deformation and stress distributions on the metal seal and pressure vessel structures are mainly dominated by transferred temperature compared to those of the gas pressure in which is supplied by an external pump. Thus, the temperature of a metal seal material should be restricted to under $200^{\circ}C$.
This paper provides a reference to determine the seal performance of metallic O-rings for a reactor pressure vessel (RPV). A nonlinear elastic-plastic model of an O-ring was constructed by the finite element method to analyze its intrinsic properties. It is also validated by experiments on scaled samples. The effects of the compression ratio, the geometrical parameters of the O-ring, and the structure parameters of the groove on the flange are discussed in detail. The results showed that the numerical analysis of the O-ring agrees well with the experimental data, the compression ratio has an important role in the distribution and magnitude of contact stress, and a suitable gap between the sidewall and groove can improve the sealing capability of the O-ring. After the optimization of the sealing structure, some key parameters of the O-ring (i.e., compression ratio, cross-section diameter, wall thickness, sidewall gap) have been recommended for application in megakilowatt class nuclear power plants. Furthermore, air tightness and thermal cycling tests were performed to verify the rationality of the finite element method and to reliably evaluate the sealing performance of a RPV.
Turbines have been known to be particularly susceptible to flow-induced self-excited vibration. In such vibrations, direct damping and cross stiffness effects of aerodynamic forces determine rotordynamic stability. In axial turbines with eccentric shrouded rotors, the non-uniform sealing gap causes azimuthal non-uniformities in the seal gland pressure and the turbine torque which destabilize the rotor system. Previously, research efforts focused solely on either the seal flow or the unshrouded turbine passge flow. Recently, a model for flow in a turbine with a statically offset shrouded rotor has been developed and some stiffness predictions have been obtained. The model couples the seal flow to the passage flow and uses a small perturbation approach to determine nonaxiymmetric flow conditions. The model uses basic conservation laws. Input parameters include aerodynamic parameters (e.g. flow coefficient, reaction, and work coefficient); geometric parameters (e.g. sealing gap, depth of seal gland, seal pitch, annulus height); and a prescribed rotor offset. Thus, aerodynamic stiffness predictions have been obtained. However, aerodynamic damping (i.e. unsteady aerodynamic) effects caused by a whirling turbine has not yet been examined. Therefore, this paper presents a new unsteady model to predict the unsteady flow field due to a whirling shrouded rotor in turbines. From unsteady perturbations in velocity and pressure at various whirling frequencies, not only stiffness but also damping effects of aerodynamic forces can be obtained. Furthermore, relative contributions of seal gland pressure asymmetry and turbine torque asymmetry are presented.
In connecting parts of a hydrogen fuel cell vehicle, since the rubber ring is permeable to hydrogen, it is necessary to use a metal sealing structure which ensures leakage stability. Finite element analysis was performed to verify the fitting characteristics of the metal sealing structure, which is used to connect the pipe to a high pressure hydrogen FCEV tank. Deformation shape, contact distance and axial load were compared experimentally and these values were in agreement with each other. In the contact surface, between the pipe and the fitting body, the stress at the edge of the contact surface was higher than the center point, which was considered to be a good characteristic in view point of the leakage. The location of the contact points has almost no change in the upper part of the fitting, but that of the lower parts move downward as the fastening amount increases. The contact pressure at the lower part is maintained at the same constant level.
Kang, Bo Ram;Park, A Reum;Kim, Kwang Taek;Kim, Seon Tae;Lee, Dong Hyuk
Journal of Biomedical Engineering Research
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v.41
no.5
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pp.210-218
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2020
Vessel sealing is a medical device that converts electrical or ultrasonic energy into thermal energy and leads to seal, coagulate, and cut the vessel by protein modification within the walls or surrounding connective tissues. As most of surgeries have recently been conducted with minimally invasive surgery, the demand and market for vessel sealing are expected to get bigger. However, there is a problem that electrosurgical or ultrasonic surgical is applied and we have a high risk to evaluate the strength of seal, because the collateral and particular standards currently in force follows have not been establish. Therefore, in this study, we investigated some papers studied on the efficacy and safety of the device, the guidance of FDA and test papers previously conducted from 3 individual subject device made in Korea. We found there is a relationship between burst pressure and the performance of the device, therefore, we propose the vascular bursting pressure test for evaluating the safety and performance of the vessel sealing.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.9
s.180
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pp.2159-2166
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2000
Recently, high performance machining center requires special type of sealing mechanism that prevent a leakage of oil jet or oil mist lubrication system. Sealing of oil-air mixture plays important r oles to have an enhanced lubrication for performance machining center. Current work emphasizes on investigations of the air jet effect on the protective collar type labyrinth seal. To improve sealing capabilities of conventional labyrinth seals, air jet is injected against the leakage flow. In this study, an adapted model is introduced to improve sealing capability of conventional non-contact type seals. It has a combined geometry of a protective collar type and an air jet type. Both of a numerical analysis by CFD (Computational Fluid Dynamics) and experimental measurements are carried out to verify sealing improvement. The sealing effects of the leakage clearance and the air jet magnitude aic studied in various parameters. Gas or liquid has been used as a working fluid for most of nori-contact types seals including the labyrinth seal. However, it is more reasonable to regard two-phase flows because oil mist or oil jet are used for high performance spindle's lubrication. In this study, working fluid is regarded as two phases that are mixed flow of oil and air phase. Both of turbulence and compressible flow model are also introduced in a CFD analysis to represent an isentropic process. Estimation of non-leaking property is determined by amount of pressure drop in the leakage path. Results of pressure drop in the experiment match reasonably to those of the simulation by introducing a flow coefficient. Effect of the sealing improvement is explained as decreasing of leakage clearance by air jetting. Thus, sealing effect is improved by amount of air jetting even though clearance becomes larger
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.26
no.2
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pp.86-93
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2009
Elastomeric O-rings have been the most common seals due to their excellent sealing capacity, and availability in costs and sizes. One of the critical applications of O-ring seals is solid rocket motor joint seal where the operating hot gas must be sealed during the combustion. This has long been a design issue to avoid the system failure. For laterally constrained, squeezed and pressurized condition, deformed shape of O-ring was measured by computed tomography method and CCD laser sensor, compared with numerical calculations. As clearance gap changes, sealing performance had been evaluated on peak contact stresses at top, bottom and side contact surfaces. As clearance gap increases, peak contact stresses and contact widths in top and side contact surfaces increase, and the asymmetry of stress distributions is promoted due to pressure increase. It is suggested that peak stress of bottom contact surface can be approximated by simple superposition of peak ones due to squeeze and pressure. Under pressurized condition, sealing performance is dependent on not peak stresses of bottom and side contact surfaces but that of top.
This paper investigates the effects of the existing sealing methods, such as the conventional atmospheric-pressure sealing method and vacuum sealing, on temporal bright-image sticking. To produce a residual image caused by temporal brightimage sticking, the entire region of a 42-in panel with an Xe-(11%)-He(35%) gas mixture was abruptly changed to a full-white background image after displaying a square-type image at peak luminance for about 60s. From the monitoring of the difference in the display luminance, infrared emission, color temperature, and disappearing time between the cells with and without temporal bright-image sticking, it was observed that the vacuum sealing method contributes to the reduction of temporal bright-image sticking.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.17
no.2
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pp.37-46
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2018
Present research is to evaluate and improve the sealing performance of the duct cap assembly for the ice dispensers through structural analysis. The nonlinear contact problems to check the sealing performance were analyzed using ANSYS software. The results of the analyses related to the sealing performance: the displacement distribution, the contact condition between the cap-silicon and the case, and the pressure distribution on the contact surface, were examined and discussed. Based on the results of the existing design of the duct cap assembly, two cases of the design modifications to improve the sealing performance were introduced. By examining the results of the two cases, a final design improvement plan was proposed and analyzed. It is shown that the sealing performance of the proposed final design is much more favorable than the existing design. The method of structural analysis and design improvement of the duct cap assembly presented in this paper will help improve the sealing performance of the ice dispenser duct caps.
Minimum clearance between the U-cup seal groove of a piston and a cylinder bore to ensure against extrusion of the U-cup ring and leakage of working fluids is an important design parameter for a seal designer in hydraulic cylinder applications. Therefore, typical U-cup seal of a hydraulic actuator has been analyzed as a function of a sealing gap using the nonlinear FEM software MARC. In this study, the useful design data were presented as a function of the sealing gap and the sealed hydraulic pressure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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