表面織構技術是提高機械密封性能的有效手段,國內外學者對不同表面織構化機械密封的性能開展了大量研究。但是機械密封在長時間的工作后,織構會因為磨損變淺甚至直接被磨損消失而失去其固有的減摩作用。為了進一步提升密封端面的摩擦學性能,延長其使用壽命,在圓孔織構的基礎上,論文提出了一種機械密封復合織構端面,針對其密封性能和摩擦特性開展了一系列理論和試驗研究。首先,結合潤滑液膜的JFO空化邊界條件,建立了機械密封復合織構端面的潤滑數學模型,獲得了平端面、圓孔織構和復合織構端面壓力分布,對比分析了不同工況下平端面、圓孔織構和復合織構端面的開啟力、摩擦系數和泄漏率等密封性能的變化規(guī)律,在此基礎上,分析了復合織構結構參數對機械密封密封性能的影響,獲得了最優(yōu)復合織構的結構參數。結果表明,轉速和壓力的變化對機械密封性能的影響顯著,轉速越大復合織構的減摩作用越明顯,壓力越大,復合織構的減摩作用逐漸減弱。其次,為了驗證復合織構端面的優(yōu)越性,搭建了機械密封試驗裝置,開展了不同轉速和壓力下平端面、圓孔織構和復合織構端面機械密封的密封性能試驗,對比分析了上述3種密封端面溫度和摩擦扭矩的變化規(guī)律。結果表明,在低轉速下,復... 

【文章來源】：浙江工業(yè)大學浙江省

【文章頁數】：82 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

典型機械密封Figure1-1.Typicalmechanicalse

，并由此得出織構優(yōu)化取值；同時開展了復合織構端面形貌演化規(guī)律研究。這對于改善機械密封摩擦副端面摩擦磨損性能，降低端面磨損率和泄漏率，以及延長機械密封使用壽命具有重大工程實用價值，對于保護環(huán)境、節(jié)約資源有著重要意義。1.2表面織構技術研究現狀1.2.1表面織構的作用機制在流體潤滑下，組成表面織構的每一個凹坑都可相當于流體動壓潤滑微軸承，在摩擦副對磨的過程中，表面織構可增強摩擦副表面的流體動壓力，促進端面間流體動壓潤滑效應的形成，提高了摩擦副表面的潤滑膜剛度以及承載力。從而實現減摩作用，如圖1-2所示。圖1-2流體潤滑下的作用機制[12]Figure1-2.Mechanismofactionunderfluidlubrication[12]在邊界潤滑狀態(tài)下，表面因長時間摩擦而磨損或變形，導致微凹坑的體積縮小存儲在凹坑中的油液溢出，形成擠壓模；在相對運動的過程中，凹坑中的油液因摩擦力被帶出凹坑，起到對周圍表面的潤滑作用[13]。在干摩擦狀態(tài)下，表面織構可以發(fā)揮容納和存儲磨屑的作用，減少摩擦副表面因為磨屑劃傷而導致嚴重磨損，如圖1-3所示[14]。除此之外，表面織構還可以減少摩擦副表面間的接觸面積，減少固體表面的直接接觸，降低表面的粘著，達到降低摩擦、減小磨損的目的[15]。

機械密封復合織構化端面密封性能與形貌演化3圖1-3干摩擦下的作用機制Figure1-3.Mechanismofactionunderdryfriction1.2.2表面織構技術的國外研究現狀國外對于織構化機械密封研究最早主要是以以色列學者Etsion為代表，他以半球形凹坑微織構作為研究對象，研究了不同的織構參數對密封性能的影響。1996年，Etsion[16]建立了半球形凹坑織構密封端面的數學模型，通過模擬不同壓力、不同孔徑、不同面積比對膜厚、摩擦扭矩、泄漏率等密封性能參數的影響，結果表明，存在一個固定的織構參數使得機械密封擁有最佳密封性能，其中最優(yōu)面積比約為20%。1999年，Etsion等[17]建立了半球形凹坑織構端面理論數值模型，基于Reynolds空化邊界條件求解雷諾方程，數值模擬了密封環(huán)內外徑比、深徑比、密封壓差以及微孔面積率對端面平均液膜壓力的影響，結果表明，微孔面積率和孔半徑對平均液膜壓力的影響不大，密封壓差影響明顯，其中深徑比影響最為顯著，并且在深徑比為0.05時可獲得最大平均液膜壓力，之后隨著深徑比的增大，液膜壓力也隨之下降。2002年，他們[18]繼續(xù)以半球形微凹坑織構為研究對象，理論研究了織構分布與面積比對密封性能的影響，理論研究結果表明液膜壓力隨著面積比的增大而增大，同時當微孔面積比為0.6時液膜壓力最大。為了驗證上述結果的可靠性，他們設計了一套機械密封實驗裝置，試驗采用WC環(huán)與SiC環(huán)配對副，密封腔內安裝了兩對配對副，該實驗裝置可改變轉速和密封介質壓力，可以測量介質溫度和摩擦扭矩，結果表明，與平端面相比，部分織構化端面密封在0.5MPa的密封介質壓力下摩擦扭矩可減少約50%；在1MPa的介質壓力下，其摩擦扭矩可減少約90%；在1.5MPa的密封介質壓力下溫升減少20%。因此可以看出部分織構化端面密封可以有效的降低


本文編號：3225507