橡胶密封在含颗粒水介质中的磨粒磨损失效行为研究

发布时间：2020-05-19 06:27

【摘要】：橡胶密封圈因其良好的密封性能,机械加工性能等优点,广泛应用工业、航天、国防等各个领域的流体密封中,是保障流体机械正常运行的重要密封件。当有外界硬质颗粒等污染物侵入橡胶密封圈界面时,必然会破坏摩擦副之间的润滑膜,加剧对磨副的磨粒磨损,从而大大降低了流体机械的可靠性和服役寿命。因此,探究橡胶密封在含硬质颗粒环境下的摩擦学行为,揭示颗粒诱导橡胶磨损失效机理显得尤为重要。鉴于此,本文针对颗粒诱导橡胶磨损失效行为,基于摩擦原理。开展橡胶密封在含颗粒水介质环境下的磨粒磨损失效机理研究。首先,搭建了含颗粒介质的环境模拟装置。该装置可以营造不同颗粒尺寸和颗粒浓度的外界颗粒环境,本文借助该装置,提供7种颗粒尺寸和5种颗粒浓度的试验环境,开展丁腈橡胶和316L不锈钢配副在含Al_2O_3硬质颗粒水介质中的磨粒磨损研究。其次,通过大量试验探究颗粒尺寸和浓度对丁腈橡胶磨损失效的影响,基于摩擦原理。对比分析了不同颗粒环境下摩擦副的磨损形貌、磨损量和摩擦系数的时变曲线,结果表明:在含硬质颗粒环境下对磨时,丁腈橡胶的平均摩擦系数均大于纯水环境下的值,有别于干态环境下的“尺寸效应”;当颗粒尺寸大于500目时,摩擦副的磨损形式以微切削为主;当颗粒尺寸小于5000目时,摩擦副的磨损形式以滚动磨损为主;当颗粒尺寸介于两者之间时,摩擦副的磨损形式包含微切削和滚动磨损。嵌入丁腈橡胶摩擦面的硬质颗粒形成“类砂轮”似的打磨现象,并且随着颗粒尺寸和浓度的增加磨损严重程度增加。最后,综合颗粒尺寸和颗粒浓度两种影响因素,基于摩擦学原理。分析颗粒在水介质中对丁腈橡胶磨粒磨损的影响,结果表明:低颗粒浓度下,颗粒尺寸对丁腈橡胶磨粒磨损占主导作用,颗粒尺寸决定三体磨损的形式,而颗粒浓度只能加剧或减缓磨损的程度。硬质颗粒侵入摩擦副时均能加速磨损,尤其侵入的硬质颗粒尺寸较大时,对摩擦副的磨损更为严重。通过本文的研究,为流体机械密封件抗磨粒磨损行为提供理论指导,同时建议在工程应用中,应在密封件外侧添加滤网、裙板等防护装置尽量减少乃至避免污染物侵入,以提高流体机械整机的可靠性和使用寿命。本文探讨了硬质颗粒对丁腈橡胶/316L不锈钢摩擦副材料去除的作用机制,澄清了颗粒尺寸和颗粒浓度对摩擦磨损的影响规律,为提高流体机械用橡胶密封的可靠性和使用寿命提供了理论支撑,下一步可以在本研究的基础上,开展实际工况中含油介质及不同颗粒成分对橡胶磨损失效的研究。
【图文】：

照片,漏脂,轴承,流体机械

背景及研究意义封圈是阻止外界污染物侵入流体机械的重要屏障，一旦橡胶密封腔内润滑剂变质或泄漏、降低其使用寿命，重者导致不可挽回的业的快速发展，流体机械在工业、水利、冶金、航天、国防等领越高。流体机械的运行领域广，在其正常运行过程中空气中的灰润滑油中的悬浮物等[1, 2]，是磨粒产生的主要来源。这些磨粒侵造成严重的磨粒磨损，使得流体机械的使用寿命和可靠性受到严故障的机械零部件中近一半是由于磨粒磨损造成的[3-5]。如图 1-1环境下的轴承因外界颗粒污染物侵入引起橡胶密封件失效，造成加剧轴承内部的磨损，大大降低了轴承的服役寿命，进而使得流折扣。图 1-2 所示为一水环真空泵轴磨损实物照片，这类真空泵，冶金等行业，因外界颗粒侵入轴承密封件，加剧了颗粒对泵轴轴严重的磨粒磨损失效。实际工程应用显示，因外界颗粒物侵入件损坏的例子不胜枚举。

照片,水环真空泵,流体机械

背景及研究意义封圈是阻止外界污染物侵入流体机械的重要屏障，一旦橡胶密封腔内润滑剂变质或泄漏、降低其使用寿命，重者导致不可挽回的业的快速发展，流体机械在工业、水利、冶金、航天、国防等领越高。流体机械的运行领域广，在其正常运行过程中空气中的灰润滑油中的悬浮物等[1, 2]，是磨粒产生的主要来源。这些磨粒侵造成严重的磨粒磨损，使得流体机械的使用寿命和可靠性受到严故障的机械零部件中近一半是由于磨粒磨损造成的[3-5]。如图 1-1环境下的轴承因外界颗粒污染物侵入引起橡胶密封件失效，，造成加剧轴承内部的磨损，大大降低了轴承的服役寿命，进而使得流折扣。图 1-2 所示为一水环真空泵轴磨损实物照片，这类真空泵，冶金等行业，因外界颗粒侵入轴承密封件，加剧了颗粒对泵轴轴严重的磨粒磨损失效。实际工程应用显示，因外界颗粒物侵入件损坏的例子不胜枚举。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ336.42

【相似文献】