机械密封复合织构化端面密封性能与形貌演化
发布时间：2021-06-11 23:46
表面织构技术是提高机械密封性能的有效手段,国内外学者对不同表面织构化机械密封的性能开展了大量研究。但是机械密封在长时间的工作后,织构会因为磨损变浅甚至直接被磨损消失而失去其固有的减摩作用。为了进一步提升密封端面的摩擦学性能,延长其使用寿命,在圆孔织构的基础上,论文提出了一种机械密封复合织构端面,针对其密封性能和摩擦特性开展了一系列理论和试验研究。首先,结合润滑液膜的JFO空化边界条件,建立了机械密封复合织构端面的润滑数学模型,获得了平端面、圆孔织构和复合织构端面压力分布,对比分析了不同工况下平端面、圆孔织构和复合织构端面的开启力、摩擦系数和泄漏率等密封性能的变化规律,在此基础上,分析了复合织构结构参数对机械密封密封性能的影响,获得了最优复合织构的结构参数。结果表明,转速和压力的变化对机械密封性能的影响显著,转速越大复合织构的减摩作用越明显,压力越大,复合织构的减摩作用逐渐减弱。其次,为了验证复合织构端面的优越性,搭建了机械密封试验装置,开展了不同转速和压力下平端面、圆孔织构和复合织构端面机械密封的密封性能试验,对比分析了上述3种密封端面温度和摩擦扭矩的变化规律。结果表明,在低转速下,复...
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型机械密封Figure1-1.Typicalmechanicalse
，并由此得出织构优化取值；同时开展了复合织构端面形貌演化规律研究。这对于改善机械密封摩擦副端面摩擦磨损性能，降低端面磨损率和泄漏率，以及延长机械密封使用寿命具有重大工程实用价值，对于保护环境、节约资源有着重要意义。1.2表面织构技术研究现状1.2.1表面织构的作用机制在流体润滑下，组成表面织构的每一个凹坑都可相当于流体动压润滑微轴承，在摩擦副对磨的过程中，表面织构可增强摩擦副表面的流体动压力，促进端面间流体动压润滑效应的形成，提高了摩擦副表面的润滑膜刚度以及承载力。从而实现减摩作用，如图1-2所示。图1-2流体润滑下的作用机制[12]Figure1-2.Mechanismofactionunderfluidlubrication[12]在边界润滑状态下，表面因长时间摩擦而磨损或变形，导致微凹坑的体积缩小存储在凹坑中的油液溢出，形成挤压模；在相对运动的过程中，凹坑中的油液因摩擦力被带出凹坑，起到对周围表面的润滑作用[13]。在干摩擦状态下，表面织构可以发挥容纳和存储磨屑的作用，减少摩擦副表面因为磨屑划伤而导致严重磨损，如图1-3所示[14]。除此之外，表面织构还可以减少摩擦副表面间的接触面积，减少固体表面的直接接触，降低表面的粘着，达到降低摩擦、减小磨损的目的[15]。
机械密封复合织构化端面密封性能与形貌演化3图1-3干摩擦下的作用机制Figure1-3.Mechanismofactionunderdryfriction1.2.2表面织构技术的国外研究现状国外对于织构化机械密封研究最早主要是以以色列学者Etsion为代表，他以半球形凹坑微织构作为研究对象，研究了不同的织构参数对密封性能的影响。1996年，Etsion[16]建立了半球形凹坑织构密封端面的数学模型，通过模拟不同压力、不同孔径、不同面积比对膜厚、摩擦扭矩、泄漏率等密封性能参数的影响，结果表明，存在一个固定的织构参数使得机械密封拥有最佳密封性能，其中最优面积比约为20%。1999年，Etsion等[17]建立了半球形凹坑织构端面理论数值模型，基于Reynolds空化边界条件求解雷诺方程，数值模拟了密封环内外径比、深径比、密封压差以及微孔面积率对端面平均液膜压力的影响，结果表明，微孔面积率和孔半径对平均液膜压力的影响不大，密封压差影响明显，其中深径比影响最为显著，并且在深径比为0.05时可获得最大平均液膜压力，之后随着深径比的增大，液膜压力也随之下降。2002年，他们[18]继续以半球形微凹坑织构为研究对象，理论研究了织构分布与面积比对密封性能的影响，理论研究结果表明液膜压力随着面积比的增大而增大，同时当微孔面积比为0.6时液膜压力最大。为了验证上述结果的可靠性，他们设计了一套机械密封实验装置，试验采用WC环与SiC环配对副，密封腔内安装了两对配对副，该实验装置可改变转速和密封介质压力，可以测量介质温度和摩擦扭矩，结果表明，与平端面相比，部分织构化端面密封在0.5MPa的密封介质压力下摩擦扭矩可减少约50%；在1MPa的介质压力下，其摩擦扭矩可减少约90%；在1.5MPa的密封介质压力下温升减少20%。因此可以看出部分织构化端面密封可以有效的降低
本文编号：3225507
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型机械密封Figure1-1.Typicalmechanicalse
，并由此得出织构优化取值；同时开展了复合织构端面形貌演化规律研究。这对于改善机械密封摩擦副端面摩擦磨损性能，降低端面磨损率和泄漏率，以及延长机械密封使用寿命具有重大工程实用价值，对于保护环境、节约资源有着重要意义。1.2表面织构技术研究现状1.2.1表面织构的作用机制在流体润滑下，组成表面织构的每一个凹坑都可相当于流体动压润滑微轴承，在摩擦副对磨的过程中，表面织构可增强摩擦副表面的流体动压力，促进端面间流体动压润滑效应的形成，提高了摩擦副表面的润滑膜刚度以及承载力。从而实现减摩作用，如图1-2所示。图1-2流体润滑下的作用机制[12]Figure1-2.Mechanismofactionunderfluidlubrication[12]在边界润滑状态下，表面因长时间摩擦而磨损或变形，导致微凹坑的体积缩小存储在凹坑中的油液溢出，形成挤压模；在相对运动的过程中，凹坑中的油液因摩擦力被带出凹坑，起到对周围表面的润滑作用[13]。在干摩擦状态下，表面织构可以发挥容纳和存储磨屑的作用，减少摩擦副表面因为磨屑划伤而导致严重磨损，如图1-3所示[14]。除此之外，表面织构还可以减少摩擦副表面间的接触面积，减少固体表面的直接接触，降低表面的粘着，达到降低摩擦、减小磨损的目的[15]。
机械密封复合织构化端面密封性能与形貌演化3图1-3干摩擦下的作用机制Figure1-3.Mechanismofactionunderdryfriction1.2.2表面织构技术的国外研究现状国外对于织构化机械密封研究最早主要是以以色列学者Etsion为代表，他以半球形凹坑微织构作为研究对象，研究了不同的织构参数对密封性能的影响。1996年，Etsion[16]建立了半球形凹坑织构密封端面的数学模型，通过模拟不同压力、不同孔径、不同面积比对膜厚、摩擦扭矩、泄漏率等密封性能参数的影响，结果表明，存在一个固定的织构参数使得机械密封拥有最佳密封性能，其中最优面积比约为20%。1999年，Etsion等[17]建立了半球形凹坑织构端面理论数值模型，基于Reynolds空化边界条件求解雷诺方程，数值模拟了密封环内外径比、深径比、密封压差以及微孔面积率对端面平均液膜压力的影响，结果表明，微孔面积率和孔半径对平均液膜压力的影响不大，密封压差影响明显，其中深径比影响最为显著，并且在深径比为0.05时可获得最大平均液膜压力，之后随着深径比的增大，液膜压力也随之下降。2002年，他们[18]继续以半球形微凹坑织构为研究对象，理论研究了织构分布与面积比对密封性能的影响，理论研究结果表明液膜压力随着面积比的增大而增大，同时当微孔面积比为0.6时液膜压力最大。为了验证上述结果的可靠性，他们设计了一套机械密封实验装置，试验采用WC环与SiC环配对副，密封腔内安装了两对配对副，该实验装置可改变转速和密封介质压力，可以测量介质温度和摩擦扭矩，结果表明，与平端面相比，部分织构化端面密封在0.5MPa的密封介质压力下摩擦扭矩可减少约50%；在1MPa的介质压力下，其摩擦扭矩可减少约90%；在1.5MPa的密封介质压力下温升减少20%。因此可以看出部分织构化端面密封可以有效的降低
本文编号：3225507
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