机械密封覆层密封环端面性能分析

机械密封覆层密封环能够综合利用耐磨覆层与韧性基体材料的优良特性,但其应用主要依靠经验,缺乏针对其性能的研究。利用ANSYS软件建立釜用机械密封动环、静环和静环座组成的热-结构耦合模型,综合考虑覆层端面变形、液膜反压和密封环温度之间的相互作用,并试验验证了分析模型的正确性。分析覆层结构和材料组合对密封端面最大端面比压与速度的乘积(PbV)max、最高端面温度Tmax,覆层表面最大拉应力σmax、主界面最大切应力τmax、侧界面最大切应力σcmax和最大法向拉应力τcmax的影响,并确定最佳的覆层结构和材料组合。分析结果表明:覆层厚度、覆层与基体的热膨胀系数比和弹性模量比的变化主要影响覆层表面最大拉应力;覆层端面设计中,覆层厚度取值宜在0.4~0.6 mm,喷涂角度宜取15°~30°,覆层与基体的热膨胀系数比宜在0.5以上,弹性模量比宜在2.5以下。