机械密封端面摩擦机制与摩擦状态

机械密封端面摩擦状态是决定机械密封工作寿命和密封性能好坏的关键因素.从微观角度探讨了机械密封端面摩擦机制,分析了机械密封端面分别处于干摩擦、边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦状态时的工作特性,介绍了机械密封端面摩擦状态的判断方法,分析了端面摩擦状态对机械密封性能的影响.对于普通机械密封,端面的最佳摩擦状态应该是混合摩擦状态,如密封性能要求较高,则应该是边界摩擦状态.     

机械密封端面摩擦机理及其声发射信号特性研究

分析了机械密封端面摩擦机理，根据端面的摩擦机理，选用声发射信号(Acoustic Emission, AE),作为表征密封端面摩擦状态的监测信号，建立了基于AE信号的密封端面摩擦状态的监测模型。根据机械密封的工程应用需求，将密封端面工作状态分为三种类型：边界摩擦状态、混合摩擦状态和流体润滑状态，利用采集的声发射信号和建立的监测模型，能够有效地识别密封端面的工作状态，识别率大于70%。     

机械密封端面摩擦工况研究进展

机械密封端面的正常摩擦工况可分为流体摩擦、边界摩擦和混合摩擦。阐述了三种摩擦工况的基本概念，分析了摩擦工况对承载能力和泄漏特性的影响，对机械密封端面摩擦工况的研究现状和进展作了分析和评述。     

弹簧比压对机械密封性能影响的分形分析

在考虑磨损引起端面表面形貌变化的基础上,引入分形理论分析了弹簧比压对平衡型机械密封泄漏率和端面摩擦特性的影响,并针对GY-70平衡型机械密封进行了试验研究。理论分析和试验结果表明,尽管弹簧比压的变化有时不足以改变机械密封的端面摩擦状态,但随着弹簧比压的增大,摩擦副之间的润滑介质已相对减少,端面摩擦特性逐渐恶化。机械密封存在一最佳弹簧比压,不同的工况条件下,最佳弹簧比压是不相同的。正确选择弹簧比压是实现机械密封长寿命低泄漏率的关键。     

螺旋槽上游泵送机械密封摩擦特性试验研究

上游泵送机械密封是一种具有环保、长寿命、低能耗的高新密封技术,其应用前景将十分广阔。端面摩擦特性是决定上游泵送机械密封工作寿命和密封性能好坏的关键因素。对螺旋槽上游泵送机械密封的端面摩擦系数进行了试验研究,结果表明,随着端面比压的增大,摩擦系数快速减小,当端面比压增加到0.3 MPa之后,变成缓慢减小。当端面比压较小时,随着转速的增大,摩擦系数缓慢减小。当弹簧比压达到0.15 MPa左右后,转速对摩擦系数的影响非常小,可近似认为此时摩擦系数不随转速而变化。在槽型参数中槽深、螺旋角对端面摩擦系数影响较大,而槽数、槽宽比和槽长比对于端面摩擦系数影响较小。此研究结果为上游泵送机械密封的正确使用和设计提供依据。     

机械密封端面摩擦特性参数及其测试技术

机械密封端面摩擦特性是决定机械密封工作寿命和密封性能好坏的关键因素,机械密封端面摩擦特性参数的测试是机械密封试验研究和产品质量评价中的关键技术。分析了表征机械密封端面摩擦特性的常用性能参数,介绍了端面摩擦扭矩、端面磨损量、端面温度、端面流体膜厚及端面流体膜压的测试技术,探讨了常用测试方法的优缺点及难点。指出了消除测试过程中外部较大的干扰信号是提高测试精度和可靠性的关键,而基于传感技术的计算机数据采集与处理是机械密封端面摩擦特性参数测试技术的发展趋势。     

基于分形理论的接触式机械密封端面摩擦热模拟计算

通过模拟计算,分析工作参数和端面形貌分形参数对接触式机械密封端面摩擦热的影响。基于机械密封端面接触分形模型,考虑密封端面摩擦热、摩擦系数、端面温度之间相互影响的关系,提出了密封端面摩擦热的耦合计算方法。对内流式部分平衡型机械密封端面摩擦热的影响因素进行了计算分析。结果表明,随着弹簧比压或密封流体压力的增大,密封端面摩擦热线性增大;随着转速的增大,密封端面摩擦热近似线性增大,且密封端面越光滑,摩擦热的增量越大;随着端面分形维数的增大或特征尺度系数的减小,密封端面摩擦热非性线增大,且随着密封端面趋于光滑,摩擦热的增幅变大。     

基于Elman神经网络与PSO算法的机械密封端面摩擦状态识别

声发射法可用于监测机械密封工作过程中端面的摩擦状态。为准确提取机械密封端面声发射信号特征,提出了一种利用PSO算法(Particle Swarm Optimization,粒子群优化)对Elman神经网络进行优化的方法。采用该方法对机械密封端面的摩擦状态进行识别,并比较了优化前后神经网络对机械密封端面摩擦状态的识别率。结果表明:经过PSO算法优化后的Elman神经网络对机械密封的端面摩擦状态有更高的识别率,从而实现了对机械密封端面摩擦状态实时有效的监测。     

激光加工多孔端面机械密封的摩擦特性试验研究

对激光加工的多孔端面机械密封进行了摩擦性能试验研究，并与一般机械密封进行比较，结果表明，其端面温升，摩擦扭矩和摩擦系数远低于后者的相应值。说明该密封结构产生的动压效应使密封面间处于良好的摩擦状态。     

基于微凸体侧接触模型的机械密封端面混合摩擦热理论预测

基于微凸体侧接触模型,推导了机械密封端面混合摩擦热计算式,研究了转速、摩擦间隙和粗糙度对常用机械密封端面混合摩擦热的影响。结果表明：常用混合摩擦状态下的机械密封端面微凸体接触多为第Ⅱ类弹塑性接触;当转速ω ≤ 2 800 r/min时,微凸体接触摩擦热所占比重较大,但随着转速上升,黏性摩擦热比重逐渐增大至百分之百;随着摩擦间隙d的增大,黏性摩擦热和微凸体接触摩擦热曲线均呈下降趋势,当d ≥ 2.8σ时,微凸体接触摩擦热减小至零,而黏性摩擦热随d变化不大;随着粗糙度的增加,端面摩擦热先下降后上升,在近1.6 μm处最小,因而在机械密封设计时,存在某一粗糙度使混合摩擦热最少。     

螺旋槽上游泵送机械密封摩擦系数的解析分析

上游泵送机械密封是一种具有环保、长寿命、低能耗的高新密封技术,其应用前景将十分广阔。端面液膜特性是决定上游泵送机械密封工作寿命和密封性能好坏的关键因素。主要依据流体雷诺方程和Muijderman无限窄槽理论,再用端面槽型因子对其进行修正,推导了螺旋槽上游泵送机械密封端面间液膜的径向压力分布、泄漏率、承载力、摩擦力、摩擦系数等液膜特性参数的计算公式,并重点分析了操作参数与槽型参数对端面摩擦系数的影响。研究表明,摩擦系数随转速和粘度增加而增加,随压力增加而减小。槽深H'=2.5、槽数Ng=10~18、槽宽比B=0.6~0.8、槽长比l=0.6~0.7时,密封环端面间摩擦系数较小,液膜特性较好,这时端面间间隙对摩擦系数几乎没有影响。此研究结果可为上游泵送机械密封的正确使用和设计提供依据。     

接触式机械密封端面泄漏模型的研究进展

泄漏率是评定机械密封性能的主要参数。接触式机械密封端面泄漏过程复杂,影响因素较多,且泄漏率是一个与运行时间相关的变量,而非稳态参数,因此其泄漏模型的建立是机械密封研究领域的难点。国内外的学者对接触式机械密封端面泄漏模型进行了大量的研究,相继提出了经验公式和数值计算模型。本文介绍了边界摩擦状态和混合摩擦状态的泄漏率经验公式;分析了包含密封端面间的液膜压力、微凸体接触比压、液膜厚度和载荷平衡方程的泄漏率数值计算模型,对不同作者在不同假设条件下采用数值计算模型得出的泄漏率计算结果进行了比较分析;探讨了经验公式和数值计算模型存在的问题。     

INVESTIGATION INTO EFFECT OF SPRING PRESSURE ON PERFORMANCE OF BALANCED MECHANICAL SEALS

The loads acting on the sealing elements of balanced mechanical seals are analyzed. When the balance factor approaches the back pressure factor, the spring pressure will become main part of the face pressure. The leakage model of balanced mechanical seals is established on the base of M-B model for rough surface. Several GY-70 type balanced mechanical seals are tested. The influences of the spring pressure both on the leakage rate and on the friction characteristic of balanced mechanical seals are investigated. The research results indicate that as spring pressure increases, both the clear-ance between two end faces and the leakage rate will decrease, and the friction will be more serious because lubrication medium between the rotating ring and the stationary ring reduces, though the increase of the spring pressure may not be enough to change the face friction state of mechanical seals. There exists an optimum spring pressure for mechanical seal operation. Under this spring pres-sure, not only leakage rate is small, but also the seal end surfaces have a fine friction characteristic. Under different operating conditions, identical type mechanical seals may possess different spring pressure. Appropriate selection of spring pressure is valuable to realize long-period and small leakage rate operating of balanced mechanical seals.     

机械密封端面微变形研究进展

机械密封端面微变形是造成机械密封失效的主要原因之一,是机械密封研究的主要课题之一.对国内外机械密封端面微变形的研究现状和进展进行了分析,表明理论模型只能求解一些几何形状比较规则的密封环,应用范围非常有限；数值模拟方法中有限元法不仅可以求解截面形状复杂的密封环,而且还可模拟机械密封实际工况,应用和发展潜力很大.端面微变形测试是采用传统电阻应变测试方法,该方法以点测量为基础,不能获得全场的变形信号.因此,寻找更可靠的测试技术并研制一套测量系统已经成为目前机械密封端面微变形研究的重要课题.     

三种型式轴封的摩擦功耗测定与比较

摩擦功耗是评价轴封节能与否的重要指标。利用MMU-2摩擦磨损试验机对3种结构型式轴封即填料密封、机械密封和360度旋转式组合密封的摩擦功耗进行了测定。试验结果表明:3种型式轴封的摩擦功耗随转速的增大而增大,填料密封摩擦功耗最大,机械密封摩擦功耗次之,360度旋转式组合密封摩擦功耗最小;不同材料的填料密封的摩擦功耗不同,碳纤维填料密封和四氟填料密封摩擦功耗基本接近,并且远远低于芳纶填料密封。该结果为正确选择轴封提供了重要的参考依据。     

机械密封的功率消耗试验及测量方法

随着机械密封应用的普及、机械密封的失效已成为石油化工等部门的回转机械（离心泵等）工作不可靠的重要因素,机械密封的端面摩擦不但直接消耗能源,而且,因端面摩擦过度而引起的密封失效泄漏所造成的损失则更大。本文在试验的基础上,研究了机械密封消耗的构成,介绍机械密封摩擦功率的测量方法,对机械密封不同工况不功率消耗的变化进行了分析,提出了降低机械密封功率消耗和改善密封功能,提高机械密封的工作可靠性的途径。     

激光加工多孔端面机械密封的摩擦性能分析

分析了工况参数和结构参数对激光加工多孔端面机械密封摩擦性能的影响。建立了激光加工多孔端面机械密封的计算模型和边界条件,采用有限差分法求解液膜控制方程,获得在不同操作工况和表面微孔结构参数下的密封开启力。理论推导得到了激光加工多孔端面机械密封的摩擦扭矩表达式,并对其进行了分析。结果表明,密封端面间的摩擦扭矩随着密封环转速的增加而增大;微孔深度和微孔密度有最佳参数,使密封端面间的摩擦扭矩最小,且与试验结果吻合。