干气密封C形圈微动磨损分析研究

发布时间：2017-09-04 22:41

  本文关键词：干气密封C形圈微动磨损分析研究

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【摘要】：干气密封是一种先进的、新型旋转轴密封,相对于传统的机械密封,干气密封具有磨损小、功耗低、泄漏量小的优点,并且能适应高压高温等实际苛刻工况。其主要应用在泵、压缩机、膨胀机和气体透平机等旋转机械上,在制冷设备中也大量使用。由于干气密封经常被应用在高压力、高转速的工作条件下,所以密封圈会发生摩擦磨损,并由此导致泄漏量增加并影响主密封的稳定性甚至使整个密封失效,因此,辅助密封圈的密封性能对整个系统的密封性能有很大影响。尽管C形圈密封为辅助密封,但在干气密封系统中担当重要角色。C形圈通常是在高压力、高转速的条件下工作的,振动频率高,振幅十分微小,特别适合采用微动磨损理论对其进行研究。传统的微动磨损理论,大都是建立在几何维数为整数的欧氏几何基础上的,难以准确地反映出摩擦表面的几何形貌和摩擦副的接触特性。而分形理论所研究的对象主要是复杂的不规则几何形态,因此借助分形理论来研究微动磨损模型更精确。本文将C形圈的微动磨损过程分为三个阶段,初始磨合磨损阶段,粘着磨损过渡阶段和磨粒磨损稳定阶段的。基于分形理论对于不同的磨损阶段,建立不同的磨损模型来解释C形圈的磨损机理。本文提出磨合磨损才是C形圈微动磨损的最初始阶段,区别于传统研究中认为粘着磨损是微动磨损的初始阶段。基于分形理论,建立了C形圈微动磨合磨损模型,并对其进行仿真分析。在所建立模型的基础之上,推导了磨损量表达式,找出了影响磨损量的主要因素,并对相关实际问题进行了解释。其次介绍了粘着磨损阶段材料的磨损特性,并建立了C形圈微动粘着磨损模型,推导了磨损量表达式,找出影响磨损量的主要因素,指出在C形圈粘着磨损的过程中,氧化因素对磨损的影响是很小的,甚至可以忽略,并且阐述了C形圈表面磨损大坑形成的原因。随后又阐释了C形圈在进入微动磨损稳定阶段以后,C形圈的磨损机理,建立了磨粒磨损模型,推演了磨损量算法,分析了在此阶段材料所经历的磨损特征。最后通过C形圈微动磨损试验,采集C形圈表面轮廓二维曲线样图和三维图对其分析,得到以下结论:C形圈的微动磨损过程,分别经历了磨合磨损、粘着磨损、磨粒磨损三个阶段;不同的阶段材料的表面形貌呈现出不同的特征;不同阶段,影响磨损量的主要因素不同,磨损量的变化趋势也不同,但是每个阶段所呈现的特征,都基本符合本文所提出的磨损模型,本文所提出的磨损模型也可以解释试验现象,因而,我们认为本文所采用的理论和建立的相关模型是合理的。
【关键词】：干气密封 分形理论 C形圈 微动磨损
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH136
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-12
• 符号注释表12-13
• 第1章 绪论13-22
• 1.1 课题研究意义13-15
• 1.1.1 干气密封的重要性及C形圈的研究意义13-14
• 1.1.2 C形圈中的微动磨损14-15
• 1.2 国内外研究现状及动态发展分析15-19
• 1.2.1 O形圈国内外研究现状及动态发展分析15-18
• 1.2.2 微动磨损的发展概况18-19
• 1.3 基于分形理论研究微动磨损的优势与意义19-20
• 1.4 我们近年在该领域研究的情况20
• 1.5 立项背景20-21
• 1.6 研究内容与关键性问题21
• 1.6.1 研究内容21
• 1.6.2.关键技术问题21
• 1.7 本章小结21-22
• 第2章 C形圈微动磨损-磨合磨损分析22-31
• 2.1 微动磨损理论概述22-23
• 2.2 基于分形理论的微动磨合磨损23-24
• 2.3 微凸体的接触面积与接触点处产生的塑性变形载荷24-28
• 2.3.1 微凸体的面积分布24-25
• 2.3.2 接触点处产生的塑性变形载荷25-28
• 2.4 磨损率的影响因素28-30
• 2.4.1 分形维数对磨损率的影响28-29
• 2.4.2 尺度系数对磨损率的影响29
• 2.4.3 材料性能常数对磨损率的影响29-30
• 2.5 结论30
• 2.6 本章小结30-31
• 第3章 C形圈微动磨损-粘着磨损分析31-39
• 3.1 微动粘着磨损31
• 3.2 微动粘着磨损模型31-36
• 3.3 微动粘着过程中大坑的形成机理36-37
• 3.4 结论37-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第4章 C形圈微动磨损-磨粒磨损分析39-44
• 4.1 微动磨粒磨损39
• 4.2 微动磨粒磨损模型39-43
• 4.3 结论43
• 4.4 本章小结43-44
• 第5章 C形圈微动磨损试验研究与分析44-53
• 5.1 设备的选取44-46
• 5.1.1 微动试验设备介绍44
• 5.1.2 表面形貌仪的选取44-46
• 5.2.C形圈初始粗糙表面形貌46-47
• 5.3 磨合磨损试验结果对比分析47-49
• 5.4 粘着磨损试验结果对比分析49-50
• 5.5 稳定阶段C形圈表面形貌研究分析50-52
• 5.6 结论52
• 5.7 本章小结52-53
• 结论与展望53-55
• 参考文献55-60
• 致谢60-61
• 附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文61

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本文编号：794288