机械密封表面激光造型动压润滑性能的数值分析

发布时间：2020-09-17 12:16

　　机械密封表面造型对密封的工作性能以及使用寿命等特性具有决定性影响。用激光进行机械密封表面造型已成为今年来研究的热点之一。对机械密封表面不同造型及其造型参数优化的研究，不但对完善润滑理论有着重要的意义，而且对实际生产有着巨大的实用价值。本文在综合国内外大量文献资料的基础上，着重对机械密封表面激光加工凹腔造型及其螺旋槽造型的动压润滑性能进行了分析研究。一方面，本文对激光加工的机械密封表面实际凹腔造型进行具体分析，深入分析了机械密封润滑摩擦中的影响因素，并进行合理的简化和近似，提出了锥形凹腔造型动压润滑的物理模型。在物理模型的基础上建立了适用于凹腔造型分析的数值计算模型，并确定了数值计算模型的初始条件和边界条件。数值计算模型的建立将机械密封表面凹腔造型润滑摩擦问题转化为Reynolds控制方程和油膜厚度方程组成的高度非线性数学问题。利用有限差分法进行离散，通过Guass—Seidel线松弛迭代求解数值计算模型。采用多重网格法加速解的收敛，提高解的准确性。并在此基础上编制了可用于分析计算机械密封动压润滑性能的C语言数值计算程序，得到了造型表面三维膜厚和压力分布图。分析了操作参数和端面造型参数对密封性能的影响，通过大量的数值计算表明：凹腔半径~Rp和凹腔深度~Rh对密封性能影响显著，适宜的取值范围为：0.25＜~Rp＜0.4、3＜~Rh＜7。另一方面，为激光加工的单螺旋槽(内、中间、外开槽)型和双螺旋槽(内外开槽)型建立了极坐标下的数值计算模型，确定了数值模型的初始条件和边界条件，并采用多重网格法进行求解。编制了C语言数值计算程序，得到了各种螺旋槽上的三维膜厚和压力分布图。研究表明：槽数Ng、槽深比Hg对密封性能影响显著而螺旋角α对泄漏量影响比较显著，而各种螺旋槽槽型的几何参数适宜的取值范围为10＜Ng＜18，1.5＜Hg＜2.5，100＜α＜180。研究结果为动压型螺旋槽密封的设计提供了有益的参考。总之，本文通过对动压型机械密封端面造型的分析研究，为动压型机械密封表面激光凹腔造型和螺旋槽造型的工程设计及应用提供了理论支持。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2007
【中图分类】：TH136
【部分图文】：

机械密封,密封环,加工的,表面

赵厘静环图2一3简化的机械密封环摩擦副经过激光表面微造型后的机械密封静环上工作平面呈现出许多均匀密布的微凹腔如图2一4，2一5所示。这一个一个的凹腔就像许多微型储油槽，不仅可以滞留润滑油，为工作壁面提供润滑油，为贫油区补充润滑油，富油时就像很多滚珠轴承，起到产生良好流体动压力的效果，而且这些凹腔还可以滞留机械密封环磨损颗粒，减少磨损。由于激光加工工艺参数的波动、零件表面材质的不均匀性以及周围环境等不良因素的影响，经激光加工出的这些微凹腔，不可能大小完全一致，分布绝对均匀。但是，为了理论研究的简化，忽略这些次要因素，假设凹腔在x，:方向_L均匀分布。图2一6是简化的机械密封工作表面示意图。图2一4实际加工

机械密封,摩擦副,凹腔

图2一3简化的机械密封环摩擦副经过激光表面微造型后的机械密封静环上工作平面呈现出许多均匀密布的微凹腔如图2一4，2一5所示。这一个一个的凹腔就像许多微型储油槽，不仅可以滞留润滑油，为工作壁面提供润滑油，为贫油区补充润滑油，富油时就像很多滚珠轴承，起到产生良好流体动压力的效果，而且这些凹腔还可以滞留机械密封环磨损颗粒，减少磨损。由于激光加工工艺参数的波动、零件表面材质的不均匀性以及周围环境等不良因素的影响，经激光加工出的这些微凹腔，不可能大小完全一致，分布绝对均匀。但是，为了理论研究的简化，忽略这些次要因素，假设凹腔在x，:方向_L均匀分布。图2一6是简化的机械密封工作表面示意图。图2一4实际加工的SIC密封环图2一5机械密封表?

框图,主程序,框图,多重网格法

本文的应用程序主要分为两大模块:一个模块是求解各节点的膜厚值，求解过程中要判断每一个节点是否在造型区域内;另一个模块是求解各节点处的膜压，用多重网格法解的收敛。主程序流程框图如图3一1所示。

【引证文献】