机械密封润滑膜分布的超声检测技术

针对机械密封润滑膜分布检测问题,利用超声原理建立了机械密封润滑膜分布的多点测量模型。构建了由信号发生、超声发射-接收、数据采集及数据存储-显示等模块组成的润滑膜分布测量系统,并配备了模拟测量装置。在模拟测量装置上对厚度为5 μm、10 μm和20 μm的润滑膜进行了检测。结果表明：采用超声原理可对润滑膜分布进行精确测量,单点测量误差范围为0.2～1.1 μm,膜厚5 μm的检测精度最高。     

浸渍石墨微观特征对机械密封润滑膜超声检测精度的影响

针对机械密封润滑膜厚度的精准测量问题,研究浸渍石墨微观特征对超声膜厚检测精度的影响,采用石墨化度和气孔率对浸渍石墨的微观特征进行表征。以烧制温度和颗粒度为工艺变量制备具有不同石墨化度和气孔率的石墨试样,对石墨试样的声阻抗和润滑膜厚度进行超声测试。结果表明:声阻抗随着石墨化度的增大而增大,随着气孔率的增大而减小,表明石墨化度和气孔率对石墨声阻抗的影响规律性明显;石墨化度和气孔率对润滑膜厚度值的影响,并不像对声阻抗的影响一样是单调变化的,原因是样品的内部孔隙导致了测量误差的产生;当润滑膜厚度标定值为2μm时,润滑膜厚度的测量值均略小于标定值,这是因标定装置的最小刻度大于被测物表面的粗糙度导致的。在机械密封润滑膜厚度的测试中应对每次试验单独进行声阻抗的测试,以消除其对膜厚测量结果的影响。     

机械密封端面材料的选择、特性及其质量保证

前言机械密封现行设计理论规定,在运行期间密封端面间要有一层润滑膜,该膜厚度最小仅为0.0007mm。在通常泵送条件下,为了保持该润滑膜,滑动材料应具有适当的和相容的导     

航空发动机轴承腔气液两相润滑机械密封性能分析

针对航空发动机轴承腔气液两相环境非接触式机械密封启动过程的磨损问题,提出高压侧具有引流槽、可实现零泄漏的润滑密封端面结构。基于雷诺方程建立润滑膜流场分析模型,求解计算具有动压-润滑组合槽的机械密封性能,并与普通螺旋槽机械密封进行了性能对比,讨论高压侧引入润滑槽对液膜厚度、液膜刚度、泄漏率以及摩擦性能的影响规律,通过高速性能试验及摩擦磨损试验验证计算的准确性和端面的减磨效果。端面结构在低速阶段的接触摩擦试验显示,具有组合槽的密封端面在相同的启停工况下端面摩擦因数可以有效降低50%～75%,高速性能试验结果显示,具有组合槽和仅有动压槽的机械密封在工况范围内均能保持理想的负泄漏率,说明气液两相润滑机械密封能够在工作环境中处于理想的泵送状态,实现了对润滑油的绝对密封效果。外侧深槽与动压浅槽组合的机械密封端面结构可以显著改善端面摩擦磨损状况,可为高速和超高速轴承腔气液两相机械密封端面减磨优化设计提供参考。     

倾斜微孔密封端面气体润滑动压效应实验研究

对密封压力影响下倾斜微孔端面的气体润滑动压效应进行了实验研究,采用石墨动环和SiC静环配副实现旋转气体润滑。静环试件端面加工有与直径成一定倾斜角度的椭圆微孔,实验中对4种微孔端面的气体润滑膜厚度进行了测量,分析了密封压力和转速对气膜厚度的影响规律。结果表明:转速越高,气膜厚度越大,动压效应越强;密封压力越高,动压效应对膜厚的影响越小;双列倾斜微孔端面的动压效应优于单列倾斜微孔端面的动压效应。     

可倾瓦推力轴承润滑膜厚度的超声检测技术研究*

核主泵、水轮机等设备大多为立式轴系,轴系中的推力轴承为扇形可倾瓦轴承,基于承载和抗磨损角度考虑润滑膜的厚度值成为了反映表征推力轴承工作状态的一个重要指标。为精确检测可倾瓦推力轴承的润滑膜厚度,基于超声无损检测技术给出针对润滑膜厚度的检测模型,并构建推力轴承润滑膜厚度的超声检测系统。该系统主要由推力轴承试验台和超声在线检测装置组成。在推力轴承额定转速1 800 r/min、试验时间6 min的条件下,采用超声测试获得推力瓦块进油边和出油边附近的润滑膜厚度,采用电涡流测试获得瓦块支点处的润滑膜厚度,并将超声测量数据与理论计算数据进行对比。超声测试结果计算获得的支点处润滑膜厚度值为47 μm,与电涡流传感器测得的平均值51 μm仅相差4 μm,从试验角度证明了超声测试方法的可行性;另外,在测点1处润滑膜厚度的理论计算值与超声测试值相差8 μm,在测点2处润滑膜厚度的理论计算值与超声测试值相差3 μm,从理论角度证明了超声测试方法的可行性。     

旋转机械支座松动的滑动轴承润滑膜动态特征

滑动轴承支承的旋转机械支座松动故障的转子振动信号特征易与转子不对中、裂纹、碰磨等故障特征混叠,从而造成误诊。针对此问题,从研究润滑膜的动态特征入手,提出基于润滑膜动态特征检测的支座松动故障识别方法。以一端松动的单跨单圆盘转子系统为研究对象,建立了单端支座松动故障的动力学模型,并对旋转机械支座松动时滑动轴承润滑膜厚度动态特征进行了仿真和实验研究,分析了润滑膜厚度随转速的变化规律及其频谱特征,得出了支座松动时敏感润滑膜厚度的动态变化规律。利用此特征识别旋转机械支座松动故障,可避免基于转子振动信号对支座松动故障识别的不足。     

新型光干涉法纳米级润滑膜厚度测量仪

润滑膜厚度的测量是开展纳米量级薄膜润滑状态研究的关键问题。利用光干涉法相对光强原理研制出一种纳米级润滑膜厚度测量仪,在低速低载荷条件下对点接触纯滑动润滑接触中心区润滑膜厚度进行测量,并讨论接触中心区和润滑膜厚度与速度和载荷之间的关系。结果表明:已测量的膜厚值已达到纳米量级,在设定工况下润滑膜厚度随速度增大而增大,随载荷增大而减小;比较Hamrock-Dowson公式计算结果和实验结论证明,这种仪器能有效实现对纳米级润滑薄膜厚度的测量。     

中高温密封端面轴向变形及液膜汽化特性研究

为研究中高温液体动压型机械密封端面变形规律及液膜汽化特性,建立涉及汽液两相流和密封环变形的计算模型;以螺旋槽液体机械密封为例,研究不同介质温度下密封端面轴向变形特征,以及润滑膜压力、温度及汽化特性与端面变形的关系。研究表明：动环最大、最小轴向变形分别位于螺旋槽的迎风侧堰区内径侧附近、背风侧中部,槽堰区的轴向变形呈周向波浪式变化;密封端面变形导致坝区膜压、膜温升高且堰区液膜汽化程度明显提高;介质温度升高时,润滑膜温度明显升高、开启力下降,坝区保持低汽化程度,堰区汽化程度提升明显,且当介质温度达393 K后,汽化程度的增速明显加大,即存在汽化突增的介质温度值;转速增大,润滑膜整体汽化程度下降。     

机械密封的新思想—可控机械密封

一、机械密封的概述 机械密封自本世纪初问世至今,已在各类旋转机械中得到了广泛应用。 通常,机械密封可分为接触式和非接触式两大类。接触式机械密封是在密封面间没有建立润滑手段的密封,它们是依靠密封面间的微凸体接触紧密地密封住,因而有时可以认为是“平面”密封或“平行面”密封。普通机械密封大多数属于这种型式密封,广泛地应用于各种工业设备中,该种密封在运转中常常表现为混合摩擦状态,个别表现为边界摩擦状态。非接触式机械密封也就是全流体润滑密封。这种型式密封的端面间被润滑剂(液体或气体)完全分隔开来,并且流体润滑膜是连续的。 在几乎每一种动力密封的设计中,最重要的问题是在获得低泄漏的同时,如何降低密封端面间的摩擦、磨损。泄漏量是最重要的密封性能参数,它在很大程度上取决于密封端面间的间隙或膜厚h。在普通机械密封中,膜厚是由浮动(或挠性)密封环的位置决定的,而浮动环的位置又是由作用在其上的两个相反力所决定。一个就是作用在环背部的闭合力,它是由作用在环背部的被密封系统的压力和弹性元件(如弹簧、波纹管或隔膜等)的弹力产生的。     

纳米粗糙间隙中季戊四醇四酯的薄膜润滑行为

采用分子动力学模拟方法建立光滑和粗糙2种固体壁面结构,研究季戊四醇四酯润滑剂在不同压力、薄膜厚度下,在恒定剪切速度和温度下的薄膜润滑行为。分析壁面间润滑薄膜的密度分布,以及剪切过程中润滑剂的速度分布。输出固体壁面在x向和z向的力学响应,并计算摩擦因数。结果表明：表面纳米结构降低了润滑薄膜的厚度,减弱了润滑薄膜分层现象;当润滑薄膜厚度较大时,V形纳米沟槽有助于减小薄膜润滑系统的摩擦因数;润滑薄膜厚度较小时,V形纳米沟槽表面润滑状态容易从流体润滑转变到边界润滑状态,摩擦因数增大。     

表面粗糙度对矩形动密封特性的影响

基于耦合了密封圈的弹性变形、流体动力分析和过盈接触的密封性能数值计算流程,利用Matlab 软件编程实现矩形动密封特性的数值计算,得到矩形密封圈的油膜厚度、泄漏量及摩擦力等密封性能参数,分析表面粗糙度对矩形密封圈的润滑状态和泄漏量的影响。结果表明：往复运动速度一定时,随着密封圈粗糙度的增加,密封偶合面的润滑状态由流体润滑转变为润滑润滑状态,密封的泄漏量也呈几何式增加,说明粗糙度对密封圈的工作寿命和密封性能有较大的影响;往复运动速度也是影响矩形密封圈密封性能的关键工作参数之一,密封压力一定时,随着粗糙度的增加,不发生泄漏的临界速度降低。     

双唇Y形拉杆密封的密封性能研究*

建立双唇Y形拉杆封的混合润滑模型,并进行流体力学、接触力学、变形力学分析。利用MatLab软件实现对模型的求解,得到密封区域的流量、膜厚和接触压力分布,并分析不同密封件粗糙度对轴向往复双唇Y形密封圈的摩擦力矩、泄漏量的影响。结果表明:在双唇Y形往复密封中,两唇在密封过程中均处于混合润滑状态,且第一内唇处的膜厚大于第二内唇处;第二内唇静态接触压力近似于对称分布,且第二内唇最大接触压力大于第一内唇最大接触压力,表明第二内唇作为密封的第二道防线可以保证良好的密封效果;密封件粗糙度是影响矩形密封性能的重要因素,随表面粗糙度的增加,直线往复密封的摩擦力和泄漏量增大,存在一个临界粗糙度使泄漏方向改变。     

机械密封的发展历程与研究动向

介绍了机械密封的产生及其发展背景，阐述了机械密封每一阶段发展的主要动力。综述50年来构建机械密封机理的表面张力假说和粘滞力假说。基于表面张力假说，机械密封存在空化、汽化密封理论；基于粘滞力假说，存在边界润滑、混合润滑密封理论。在不断探索机械密封机理的同时，成功地利用密封机理设计制造了机械密封产品。目前先进的机械密封应用技术主要有表面改形技术、组合密封技术和可控机械密封技术。阐明了现有密封理论都存在着无法解决的问题，指出了机械密封的研究动向。提高机械密封端面参数测试的可靠性是研究和揭示机械密封有关规律的关键；可控机械密封实践仍存在不少难点，包括最佳工况点的求取、控制参数的选择与测量、反馈执行机构的研制等；纳米材料的特殊性能有助于改善机械密封端面间润滑状态，开发纳米材料机械密封和应用纳米冲洗液将是机械密封研究的近期目标。     

密封环圆台型织构化粗糙表面对润滑性能的影响

针对密封环接触面之间的润滑问题,基于Reynolds方程,考虑粗糙度的影响,建立在流体动压润滑状态下圆台型表面织构的数学模型,对密封环接触表面在不同织构参数、不同粗糙度参数下润滑膜压力大小及分布情况进行研究。采用有限差分法、牛顿迭代法研究不同润滑介质下,圆台型微凹坑的几何参数及粗糙度参数对润滑膜平均压力的影响,并与理论数值结果进行对比验证。结果表明:密封环端面的平均膜压随圆台型织构间距、小径的增大而减小,随织构大径的增大而增大;存在最佳织构深度使平均膜压最大;润滑介质黏度越大,密封环端面平均膜压越大;粗糙峰峰高越大,端面平均膜压越小,而粗糙峰波长对端面平均膜压的影响较小,因此粗糙峰应尽可能小;存在织构参数、粗糙度参数的最优组合使润滑膜平均压力值达到最大。     

空化效应对斜线槽机械密封性能的影响

润滑膜的空化效应对流体动压型机械密封的密封性能影响显著。以煤油基磁流体润滑斜线槽上游泵送机械密封为研究对象,考虑空化热效应以及黏温效应,建立润滑液膜特性的数值分析模型,以液膜中的气相体积分数为指标,研究工况和结构参数对密封性能的影响规律,并与仅考虑黏温效应的模型进行对比。结果表明：因空化热模型考虑液膜介质饱和蒸汽压力随温度变化,考虑空化热效应时的开启力、泄漏率和气相体积分数均小于仅考虑黏温效应下的对应值,但2种条件下各参数的变化趋势基本一致;转速和槽径比增大,空化效应增强,而进口压力、膜厚、径向夹角和槽数的增大会削弱空化效应;转速、槽深、径向夹角、槽径比增加,会导致泄漏率增加,而进口压力和槽数的增加能够提升密封性能。     

Hydrodynamic lubrication of rubber seals for reciprocating motion; leakage of seals with an O-ring

The solution of design and operational problems in sealing technology requires definition of the lubrication parameters underneath the sealing ring. Knowledge of the film thickness enables one to define the out-leakage, the most important sealing parameter. A review of theoretical and experimental equations defining the lubricating film thickness is presented. An original method of measuring the film thickness is described, and an attempt is made to explain the differences that exist between the theoretical and experimental equations.     

柴油机滑动轴承热流体动力润滑仿真研究

根据径向滑动轴承热流体动力润滑理论,基于JFO理论提出的质量守恒边界条件,建立同时包含油膜完整区和空 穴压力变化的单缸柴油机滑动轴承热流体动力润滑模型,采用有限差分法求解模型方程,仿真分析滑动轴承的油膜厚度、油膜压力、润滑油流量和温度等参数对润滑性能的影响,分析内燃机滑动轴承润滑特性,为轴承润滑可靠性设计提供一定的理论依据.