接触式机械密封端面平均温度耦合计算方法

研究接触式机械密封端面平均温度与端面摩擦因数相耦合的计算方法问题。将机械密封环简化为等截面当量筒体,推导出了接触式机械密封端面平均温度的计算式,给出了密封环简化为当量筒体的具体方法;基于分形理论,建立了接触式机械密封端面摩擦因数计算模型。考虑端面平均温度与端面摩擦因数的相互耦合关系,提出了端面平均温度的具体计算方法。通过模拟计算,对B104a-70型机械密封端面平均温度的影响因素进行了分析。结果表明,端面平均温度随着弹簧比压或密封流体压力的增大,线性地增大;随着转速的增大,近似线性地增大,且端面越光滑,线性越好,增大的幅度也越大;随着端面分形维数的增大或特征尺度系数的减小,非线性地增大,当端面较粗糙时,端面平均温度的变化较小;当端面较光滑时,随着端面分形维数的增大或特征尺度系数的减小,端面平均温度迅速增大。     

机械密封摩擦副端面接触分形模

依据分形理论,研究了机械密封摩擦副端面间的真实接触状况,建立了机械密封摩擦副端面接触分形模型。得到了机械密封摩擦副端面微接触点的面积分布、临界弹性变形微接触面积、临界塑性变形微接触面积、量纲1真实接触面积的数学表达式。采用数值计算方法得到了GY70型机械密封摩擦副端面间的量纲1真实接触面积与端面比载荷的关系曲线。结果表明,真实接触面积随着密封端面比载荷的增加而近似呈线性增加;在相同比载荷下,真实接触面积随着特征尺度系数的增大而减小,随着分形维数的增大而增大,但当D达到167以后,随着D的增大而减小。机械密封摩擦副端面接触分形模型的建立,为研究机械密封摩擦副端面间的摩擦磨损性能和密封性能提供了依据。     

接触式机械密封摩擦界面温度分布分形模型

为揭示接触式机械密封摩擦界面的温度分布规律,用分形参数表征机械密封端面形貌特性,根据重新建立的微凸体接触变形方式,结合热传导和概率理论建立了机械密封摩擦界面最大温度以及温度分布的分形模型并用数值方法对其最大温度、温度分布规律以及影响因素进行了分析.研究结果表明,当分形维数一定时,随着转速的增大,密封界面最大温度呈线性增大;当转速一定时,随着分形维数的增大,密封界面最大温度呈非线性减小;随着量纲1特征尺度的增大,量纲1最大接触温度也在增大.当已知润滑膜汽化温度时,由温度分布密度函数,可以求出处于非正常润滑部分的真实接触面积,为进一步研究磨损、热破坏提供基础,这对接触式机械密封的实际运行和密封端面的设计具有重要的意义.     

机械密封摩擦副端面接触分形模型的修正

分析了原机械密封摩擦副端面接触分形模型存在的问题,并进行了修正,得到了摩擦副端面微凸体承载面积比与端面比压的关系式。修正模型考虑了摩擦副端面间流体膜压的作用、微凸体实际微接触面积与微接触截面积之间的区别,并通过采用一个三次多项式来表达弹塑性变形微凸体的接触压力与接触面积的关系,从而满足了接触微凸体在变形状态转变临界点处的接触面积与接触压力转化皆是连续和光滑的条件。依据修正后的接触分形模型对密封面配对材料为硬质合金YG8-碳石墨M106K的部分平衡型机械密封摩擦副端面微凸体承载面积比的影响因素进行了分析。结果表明,微凸体承载面积比随着弹簧比压的增大近似呈线性增大,随着密封流体压力的增大而非线性单调增大,随着端面分形维数的增大先增大后减小,随着端面特征尺度系数的增大而减小;在正常工作参数范围内,真实接触面积仅占名义接触面积的很小一部分。     

机械密封摩擦副端面分形维数的优化

机械密封摩擦副接触端面的分形维数对摩擦副摩擦磨损特性和密封性能有着重要的影响。依据机械密封摩擦副端面接触分形模型和泄漏分形模型,分别研究了有利于减轻端面磨损的最优分形维数和基于允许泄漏率的最优分形维数。用数值计算方法得出了NHM70型机械密封摩擦副端面弹性接触面积比Are/Ar与分形维数D的关系曲线及泄漏率q与分形维数D的关系曲线。在自行设计的试验装置上,进行了NHM70型机械密封试验研究。通过理论计算和试验验证表明,在综合考虑磨损率、泄漏率和加工成本后,NHM70型机械密封软质环端面的最优分形维数为1.61。     

接触式机械密封端面磨合过程平均膜厚预测

为研究和掌握接触式机械密封端面磨合过程平均膜厚的变化规律,采用分形参数表征磨合过程中密封端面形貌的变化,基于机械密封端面接触分形模型,通过求解端面上微空穴的体积,建立接触式机械密封端面平均膜厚预测模型。对两套B104a-70型机械密封进行磨合试验,试验密封流体为20℃清水,压力为0.5 MPa,转速为2900 r·min^-1,弹簧比压分别为0.15 MPa和0.3 MPa。研究结果表明,随着磨合过程的进行,软质环端面迅速趋于光滑,端面平均膜厚迅速减小;当进入正常磨损阶段后,两套机械密封试件的平均膜厚均稳定在0.295 μm左右。这也表明,密封端面的形貌对平均膜厚的影响较大,而弹簧比压对平均膜厚的影响较小。掌握磨合过程中端面形貌及平均膜厚的变化规律,对接触式机械密封实际运行时端面间工作特性的预测和密封端面设计具有重要意义。     

机械密封端面温度的确定

讨论了机械密封端面温度的现有计算方法，介绍了根据机械密封的密封介质、工作条件、密封环和密封箱的的结构尺寸，以及密封环与周围介质间的热传导等，计算端面平均温度的一种简单方法。通过分析判断出机械密封的相态稳定性。     

干气密封滑动摩擦界面摩擦振动理论分析及实验测试

为揭示干气密封端面间摩擦振动规律，通过对密封端面在干摩擦状态下的微观形貌与受力进行分析，基于分形理论构建了包含分形参数的密封端面法向位移激励以及干气密封在干摩擦状态下的两自由度摩擦振动系统模型。为验证模型的合理性和正确性，搭建了干气密封摩擦振动实验测试平台。对不同工况下的理论与实验结果进行对比分析，结果表明：当载荷一定时，理论模型计算振幅与实验测试振幅均随着转速的增大而增大；当转速一定时，理论模型计算振幅与实验测试振幅均随着载荷的增大而增大；在相同工况下，理论模型计算振幅与实验测试振幅接近，且理论值普遍大于实验值。     

密封环支撑边界条件对机械密封端面变形的影响

机械密封的密封环是通过辅助O形圈支撑在轴上或者密封腔内，不同的结构设计会改变密封环支撑边界。针对三种机械密封结构模型，利用ANSYS有限元分析软件，模拟机械密封摩擦副端面的变形，讨论了橡胶O形密封圈不同受力边界条件下机械密封端面变形的规律。研究发现当动环、静环均采用SiC时，在静态（结构分析）时，该三种不同支撑结构的摩擦副端面均形成发散间隙，端面变形受支撑边界接触应力的影响较大；热结构耦合分析发现其动环、静环端面间隙呈收敛间隙运转时，热边界条件影响更大。当动环采用石墨，静环采用SiC时，发现其端面间隙可能为收敛型也可能为发散型，这与支撑边界有关。故密封环支撑边界条件的不同会影响动环端面变形，同时动、静环材料的弹性模量对端面的变形有较大影响，从而会影响密封性能。该研究对机械密封设计有指导意义。     

颗粒介质用机械密封热力耦合变形及摩擦磨损研究

在含有颗粒介质的工作环境中下,硬质材料配对机械密封环的热力耦合变形和摩擦磨损对机械密封的泄漏和使用寿命起着至关重要的作用。考虑动静环和颗粒介质的摩擦,试验测定了摩擦系数,建立了动静环热力耦合的有限元计算模型,研究了WC-Co硬质合金和无压烧结碳化硅（SSiC）陶瓷两种硬质材料密封的温度场和端面变形规律,分析了不同工况下的密封间隙变化规律。试验测试分析了密封环温度、磨损前后的泄漏及表面粗糙度,讨论了端面的磨损机理,验证了计算模型的准确性。结果表明：考虑动环磨粒摩擦热的有限元模型能准确地预测密封的温度和端面变形;耦合作用下动静环端面呈现外径脱离、内径贴合的变形,且变形差异程度随压差和转速的增大而加剧;变形导致端面磨痕分布不均匀,内径磨痕较严重。WC-Co硬质合金配对密封环的端面变形小、泄漏量小,高硬度WC颗粒对Co基体能产生很好的“阴影效应”,具有良好的耐磨粒磨损性能。SSiC陶瓷材料韧性差,易产生片状磨屑,形成过渡型磨粒磨损,材料耐磨性较差,泄漏量增加明显。在磨粒工况下,WC-Co硬质合金机械密封具有泄漏小、耐磨性强的特点。研究结果为颗粒介质中机械密封的材料应用及设计优化提供了参考。     

机械密封环的温度场分析简

石化行业中泵用机械密封的使用非常普遍,而机械密封副端面的温度对密封装置的安全和稳定起着重要的作用。为了模拟实际工况下密封副端面温度场的变化,利用ANSYS13．0建立了密封环的有限冗模型,分别设置了三组不同的端面比压值和宽度值进行温度场的分析,然后对三组数据进行了对比和总结,得出结论：机械密封环端面最高温度随着端面比压的增大而升高,随着端面宽度的减小而降低;该结论对机械密封的安装与选型提供了参考。     

特殊工况机械密封试验研究

对机械密封在机械油不足的工况下进行性能试验研究,对比分析机械密封摩擦副宽度和密封环端面槽型对密封性能的影响。试验结果表明:减小密封端面宽度和改变密封环端面开槽均可以有效降低密封腔温升;端面刻有圆弧深槽的密封能在短时间内满足机械油不足的工况,但不能长时间适用于此工况;端面刻有月牙深槽的密封既能满足正常工况运转要求,又能承受较长时间机械油不足的特殊工况。     

黏性剪切混合摩擦热对机械密封环变形的影响

以接触式机械密封为研究对象,考虑密封环的热、力变形和液膜温度,在Solidworks中建立密封环的三维模型,基于热力变形理论,借助Workbench平台对密封环进行热应变和力应变模拟计算,分析了密封环端面黏性剪切混合摩擦热和力作用对密封环的变形情况,研究了不同转速下的变形规律.结果表明:密封环在黏性剪切混合摩擦热作用下...     

大菱形孔端面密封力变形及密封性能分析

针对等深大菱形孔端面液体润滑机械密封,采用有限差分法求解等温及层流不可压缩二维Reynolds方程,获得液膜压力场。利用商用有限元软件计算密封环三维固体变形,对不同操作工况条件下和不同结构的密封环的力变形、摩擦扭矩、液膜刚度及泄漏率等性能参数进行了计算。结果表明:大菱形孔流体动压型机械密封端面产生周向波度和径向锥度变形;改变工况条件可使密封面形成收敛和发散两种不同的变形,密封性能参数因此产生显著变化;当面积比B=0.65~0.75时,大菱形孔端面密封可获得较好的密封性能;辅助密封圈O形圈位置l对径向锥度变形具有很大影响,l优选值范围为2.4~4.0 mm。     

大菱形孔端面密封力变形及密封性能分析

针对等深大菱形孔端面液体润滑机械密封,采用有限差分法求解等温及层流不可压缩二维Reynolds方程,获得液膜压力场。利用商用有限元软件计算密封环三维固体变形,对不同操作工况条件下和不同结构的密封环的力变形、摩擦扭矩、液膜刚度及泄漏率等性能参数进行了计算。结果表明：大菱形孔流体动压型机械密封端面产生周向波度和径向锥度变形;改变工况条件可使密封面形成收敛和发散两种不同的变形,密封性能参数因此产生显著变化;当面积比B=0.65～0.75时,大菱形孔端面密封可获得较好的密封性能;辅助密封圈O形圈位置l对径向锥度变形具有很大影响,l优选值范围为2.4～4.0 mm。     

冲洗对端面弧形浅槽机械密封变形的影响

利用有限元分析软件ANSYS计算了端面弧形浅槽机械密封在不同冲洗量下的温度场,并在温度场的基础上计算了力热耦合变形。研究表明,冲洗能够有效降低动静环最高温度,并减小密封环温差的差别,冲洗达到一定量时两环温差趋于一致,同时由于温差的减小使得综合耦合变形锥度减小。     

机械密封温度场计算

采用有限元法计算了机械密封的温度场分布。分析了密封环端面温度随密封压力、主轴转速、材料性质等因素的变化 ,并对摩擦热、搅拌热、冲洗等因素进行了分析计算 ,认为冲洗是降低密封端面温度的一种有效措施     

浅谈接触式机械密封基本性能研究进展

随着科技的发展,我国机械制造业实现了跨越式发展,其中普遍应用的接触式机械密封装置的进步也极为显著。接触式机械密封有着密封性强、端面摩擦低性特点,这对机械的寿命有很大提高,而且基本不会因泄漏带来不必要的损失。文章对端面摩擦特性、泄漏特性进行了研究,也提出了目前研究需要加强的几点,最后分析了未来机械密封基本性能研究趋势。     

机械密封环端面热变形的分析与BP网络预测

分析了影响机械密封环端面变形的主要因素,说明了密封环对介质的传热系数及端面热通量的计算方法.对于高速重载机械密封,因密封环端面热通量大,其热变形显著高于力变形.当密封环模型一定时,按正交设计法给出若干端面热通量值作为输入样本,并将有限元法计算得出的端面内径和外径处的相对轴向变形Δz作为输出样本,训练3层BP人工神经网络,对该密封环端面的轴向热变形进行精确预测.正交设计法和人工神经网络方法相结合是密封环端面热通量与热变形之间高度非线性关系分析的有效方法.     

缩聚釜机械密封的改造

指出了原机械密封的缺陷 ,提出了新的设计要求。改造后的机械密封具有的特点是 :①采用了轴套式动环固定座设计结构 ;②采用了内外端面共用通簧结构 ;③密封环断面为矩形或方形 ;④机械密封比压适中 ,载荷系数K小于 1;⑤端面宽度合适 ,只有 12 .5mm ;⑥装配简单 ,劳动强度小。摩擦副动环材料为WC Co硬质合金 ,静环材料为填充聚四氟乙烯 ,寿命达160 0 0h以上。弹簧材料为 65Mn ,辅助密封圈用耐腐蚀性能良好的氟橡胶。计算了机械密封和辅助密封圈的受力情况 ,PcV值 ,密封准数G ,摩擦功耗 ,动环配合的过盈 ,动环及动环座材料的强度等等。用运行 2a多的实践证明改造后的机械密封结构设计合理 ,密封性能可靠 ,使用寿命长