机械端面密封动力学的发展概况

论述了机械端面密封(包括接触式和非接触式)的动态特征,以及对影响动态特性的因素所作的试验研究和理论分析。这些因素中主要包括密封端面间流体膜效应(例如刚度、阻尼和相变等)和密封环组件,并着重考虑了密封端面表面形貌(包括波度、粗糙度和径向锥度)。针对未来机械端面密封技术的发展,特别是密封动力学的研究,提出了几个建议。     

单端面机械密封摩擦系数的测定

本文研究了单端面机械密封装置的端面摩擦扭矩测量方法。对主轴承摩擦扭矩、旋转体在介质中的搅拌扭矩和端面摩擦扭矩进行了测试。在测试中考察了由于介质压力的变化引起轴向力的改变，致使主轴承摩擦扭矩改变的情况，以介质的粘度变化引起搅拌扭矩的变化及其对端面摩擦扭矩的影响。采用两种方法测定的端面摩擦据矩其摩擦系数，给出了计算实例。两种计算结果有对比性，较为稳定，精确度高，故该方法可用于评价机械密封的摩擦性能。     

单端面机械密封摩擦系数的测定

本文研究了单端面机械密封装置的端面摩擦扭矩测量方法。对主轴承摩擦扭矩、旋转体在介质中的搅拌扭矩和端面摩擦扭矩进行了测试。在测试中考察了由于介质压力的变化引起轴向力的改变,致使主轴承摩擦扭矩改变的情况,以及介质的粘度变化引起搅拌扭矩的变化及其对端面摩擦扭矩的影响。采用两种方法测定的端面摩擦扭矩计算其摩擦系数,给出了计算实例。两种计算结果有对比性,较为稳定,精确度高,故该方法可用于评价机械密封的摩擦性能。     

基于分形理论的接触式机械密封端面泄漏模型

目前对于密封的大多数研究都基于密封端面形貌和摩擦条件不变的假设,且大多忽略了密封端面形貌对泄漏的影响,也并未从微观角度考虑端面形貌的影响.基于分形理论,将动、静环端面的接触简化为粗糙表面与理想刚性平面的接触,建立了机械密封的泄漏模型,并对各分形参数、端面比载荷和材料参数对泄漏率的影响进行了研究,得到了机械密封分形维数D和端面比载荷p_○g与其泄漏量Q成反比;而特征长度尺度参数G和综合弹性模量E与其泄漏量Q成正比.计算泄漏率与实验数据验证了模型的准确性.     

微孔端面机械密封间液膜的CFD数值模拟

应用Pro/E软件建立微孔端面间液膜的三维立体模型,Gambit软件对模型进行划分网格,F1uent软件对微孔端面间特定工况下的内部微间隙三维流场进行数值模拟,得到流场的压力分布、速度分布以及泄漏量.改变微孔深径比再次模拟,得到不同参数下流场所对应的压力分布、速度分布及泄漏量,分析在同一液膜厚度情况下,微孔深径比对端面...     

激光加工多孔端面机械密封性能参数的计算与分析

通过建立激光加工多孔端面机械密封性能参数的数学模型,应用有限差分法求解,获得在给定工况下泄漏量、摩擦功耗等密封性能参数数值,并分析不同微孔深度hp和面积密度sp对其密封性能参数的影响规律,得到微孔深度和面积密度的最佳值.研究结果表明:当微孔深度hp为20~40μm和面积密度sp为0.2~0.4时,可获得最佳的机械密封性能.     

基于CFD的微孔端面机械密封液膜动压分析

应用Pro/E软件建立微孔端面间液膜的三维立体模型,用Gambit软件对模型分别进行网格划分.在特定工况下,利用Fluent软件对不同流体黏度和转速下的微孔端面间的内部微间隙三维流场进行数值模拟,得到3种流场的压力分布.结果表明:平均动压力随着介质黏度的降低而呈线性减小,说明流体黏度低时流体动压效应弱;平均动压力随转速的增加而线性增加,表明密封环的转速越高,流体动压效应越明显.     

螺旋槽式液体机械密封的动力学性能分析

采用有限元法求解螺旋槽式液体机械密封的雷诺方程，得到了机械密封中的二维压力分布，并在此基础上建立了机械密封的动特性参数的表达方式和计算方法．结合对某典型的人字形螺旋槽式液体机械密封的动特性参数的计算与分析，给出了结构参数和运行参数对螺旋槽式液体机械密封动力学性能的影响，在密封间隙大于10μm时可忽略流体动力学的影响．分析了液体机械密封的动力学稳定性，在一定工况下机械密封的力刚度和力矩刚度系数会成为负值而造成密封系统失稳．在机械密封设计中引入了密封动力学设计的概念．     

机械密封端面的磨损特性

磨损状态是决定机械密封寿命和性能的关键。作者对机械密封端面的磨损特性进行了分析,以指导和改进机械密封的设计及对密封失效的判断。     

端面夹角对船舶接触式机械端面密封振动的影响分析

文章对船舶机械端面密封的密封环动力学过程进行了分析,建立了密封环的运动模型和数学模型,并利用Matlab编程对运动微分方程进行了求解。通过分析由于端面夹角的改变引起船舶端面接触式机械密封振动的变化,得出了在小扰动条件下不同夹角对端面接触式机械密封振动和泄漏量的影响。     

机械密封损坏产生泄露的原因分析

在机械设备中密封的功能是防止泄漏,起密封作用的零部件称为密封件,主要由动环和静环组成的密封端面（有时也称摩擦副）、弹性元件、辅助密封圈、动环、静环、及动环随轴旋转的传动机构组成,文章就引起密封损坏产生泄露的因素进行分析。     

激光加工多孔端面机械密封

介绍了激光加工多孔端面机械密封的结构特点,阐述了激光加工多孔端面机械密封的工作原理,指出端面微孔产生的动压效应可有效地提高机械密封的最大PV值。对各种加工方法进行比较可知,在机械密封端面上加工微孔,激光表面处理技术是惟一有效的加工方法。作者的试验研究表明,与普通机械密封相比,激光加工多孔端面机械密封可明显地降低密封面间的摩擦力矩,实现端面间的流体润滑,因而延长密封寿命。     

机械密封在较高压力场合的应用

炼厂是机械密封应用密集区域,非平衡式机械密封是炼厂设备中最常采用的机械密封形式.然而当非平衡式机械密封在较高压力场合下应用时,发现其密封效果较差.以兰州石化公司426泵房2号泵为例,分析了非平衡式机械密封在较高压力场合下故障频发的原因,并将该场合下非平衡式机械密封和平衡式机械密封的密封原理及效果进行了分析对比,最终得出通过改变机械密封的结构形式可以有效解决设备机封在较高压力场合下故障频发的问题.     

泵出式圆弧槽无泄漏液体端面密封研究

研究了在泵出式液体端面密封面上用开圆弧槽的方法解决泵的密封问题.用有限单元法对圆弧槽密封面的压力分布进行了计算,并以液膜刚度比较大时的零泄漏为标准,对圆弧槽密封面进行了优化计算,得出了一系列优化结构参数.同时,按优化参数设计出泵出式圆弧槽液体端面密封,并对其进行了性能实验.结果表明,它的摩擦性能、密封效果和磨损性能均较好.     

三角形表面织构对机械密封端面动压性能的影响

为了研究三角形织构对机械密封端面动压性能的影响,建立均匀分布的等腰三角形微孔的密封端面理论模型,利用有限差分法对流体动压润滑方程进行求解,获得了密封端面无量纲压力分布,并考察了三角形微孔的面积率、方向角度以及形状角度对无量纲平均压力Pav的影响。结果表明:密封端面无量纲平均压力随着面积率增大先增大后减小;三角形方向角度为90°时平均无量纲压力取得最大值且在该位置随着形状角度的增大而增大。     

双端面机械密封的摩擦学性能研究

研制了一台测试机械密封可以在转速、介质压力和弹簧比压等不同工况下的温升量、摩擦扭矩和泄漏量的试验装置。以聚四氟乙烯和球墨铸铁材料为密封摩擦副进行了试验研究,结果表明:随着转速和弹簧比压的增大,端面温度上升速率增大;端面摩擦因数随转速和弹簧比压的增大而增大,当转速达到2 000 r/min时,摩擦因数趋于平缓;泄漏量随转速和介质压力的增加而增大,但随弹簧比压的增加而迅速减小,当弹簧比压达到0.22 MPa时,泄漏量趋于稳定。     

接触式机械密封端面磨损预测

依据Archard黏着磨损理论,通过引入分形磨损系数及求解端面上塑性和弹塑性变形微凸体的体积,建立机械密封端面磨损分形模型。提出包含密封端面特征分形参数的特征工况参数新概念,并将其引入机械密封端面摩擦磨损相似准则关系式中,通过磨损试验,得到分形磨损系数准则关系式。对B104a-70型机械密封的磨损特性进行预测。结果表明:软质环端面分形磨损系数及磨损率均随着弹簧比压的增大而非性线地增大,但端面较光滑时,变化较小;端面形貌对磨损特性有着较大的影响,随着端面光滑程度的增大,分形磨损系数及磨损率均下降,且端面较粗糙时变化较明显。     

孔结构参数对端面密封压力场特性的影响

建立激光加工微孔机械密封端面间压力分布的理论模型,对理论模型应用数学变换,变换为-▽(c ▽u)+au=f的标准椭圆型方程形式,应用Matlab软件求解端面压力的Reynolds方程,得到端面液膜压力分布规律.研究微孔半径、微孔深度和微孔密度对液膜压力的影响规律,结果表明:孔半径在0.22～0.35 mm时得到的压力值...     

螺旋槽干式气体端面密封的刚度和泄漏量研究

干式气体端面密封(DGS)是一种非接触式机械密封,适用于大多数气体密封场合,了解密封特性尤其是气膜刚度和泄漏量对正确设计密封非常重要.针对螺旋槽气体端面密封结构,用有限元法计算了密封端面的气膜压力分布及密封的气膜刚度和泄漏量等特性参数,分析了密封面的槽深比、螺旋角和槽长坝长比等两两变化时对密封特性的影响.研究表明,当槽深比取2.0～2.5,螺旋角取15°,槽长、坝长比取1.5～2.0,槽台宽比取1.0,槽数取12～18时,可在确保密封泄漏量低的同时具有较大气膜刚度.