浸油端面方孔機(jī)械密封摩擦學(xué)性能研究_論文答辯報告

1、答 辯 人： 丁 洋 指導(dǎo)教師：宋鵬云 教授,昆明理工大學(xué)碩士學(xué)位論文答辯 浸油端面方孔機(jī)械密封摩擦學(xué) 性能研究,目錄,一、緒論,其中端面造型機(jī)械密封就是近幾年來發(fā)展非常迅速的當(dāng)今機(jī)械密封領(lǐng)域的一項高新技術(shù)，適用與大部分高壓、高溫、高速、易燃和腐蝕性介質(zhì)等復(fù)雜工況，并在離心泵、離心壓縮機(jī)和反應(yīng)釜等過程設(shè)備上取得了成功應(yīng)用。,機(jī)械密封端面摩擦狀態(tài)是決定其密封性能的重

2、要因素，也是近來學(xué)者們研究的重點(diǎn)問題之一。,,雖然目前國內(nèi)外研究人員對一些端面造型機(jī)械密封的摩擦學(xué)性能進(jìn)行了研究，出現(xiàn)了許多機(jī)械密封的新結(jié)構(gòu)，但在高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速工況條件下，必要的潤滑條件很難保證，以至密封環(huán)端面發(fā)生非正常摩擦磨損，降低其使用壽命。 浸油端面方孔機(jī)械密封是在端面造型機(jī)械密封基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種新型的流體動壓型非接觸機(jī)械密封，與普通密封相比，不僅具有更加優(yōu)良的密封性，更能達(dá)到良好

3、的端面摩擦狀況，保證密封的穩(wěn)定運(yùn)行，極大地延長密封的壽命.浸油端面方孔機(jī)械密封的研究國內(nèi)還未見報道，至今未有商品化的產(chǎn)品面世。,解析求解密封端面液膜壓力,數(shù)值求解密封端面液膜壓力,分析參數(shù)對摩擦學(xué)性能的影響,解析求解密封溫度分布,研究意義,,,,,提出油膜壓力解析新算法，并優(yōu)化參數(shù)提高摩擦學(xué)性能,奠定設(shè)計理論基礎(chǔ)，降低制造成本,二、浸油端面方孔機(jī)械密封流體力學(xué)分析,圖2.1 端面方孔的密封環(huán) 圖2.2 端面開方孔示意

4、圖,工作原理 浸油端面方孔機(jī)械密封其工作原理為：隨著密封運(yùn)轉(zhuǎn)潤滑油內(nèi)部產(chǎn)生的粘性剪切力帶動潤滑油從方孔內(nèi)向孔外間隙運(yùn)動，從而形成了潤滑油的流動，由于潤滑油流動的收斂性而使壓力增加，從而產(chǎn)生流體動壓效應(yīng)。當(dāng)潤滑油的動壓力和環(huán)境壓力共同作用形成的密封開啟力超過閉合力時，使兩密封端面完全分離處于非接觸狀態(tài)，并在密封端面間形成一層穩(wěn)定連續(xù)的油膜，此時密封端面間的摩擦為流體摩擦，且在密封運(yùn)轉(zhuǎn)時，貯存潤滑油的方孔

5、能夠不斷地提供潤滑油，保證端面的流體摩擦狀態(tài)，進(jìn)而極大地改善密封端面的摩擦狀態(tài)，延長密封使用壽命,,（a)孔欄和邊界分布示意圖 (c)方孔幾何參數(shù) 圖2.3 具有方孔的密封表面示意圖,（a)孔欄和邊界分布示意圖 (c)方孔幾何參數(shù) 圖2.3 具有方孔的密封表面示意圖,（a)孔欄和邊界分布示意

6、圖 (c)方孔幾何參數(shù) 圖2.3 具有方孔的密封表面示意圖,(b) 控制單元示意圖,根據(jù)浸油端面方孔機(jī)械密封的工作原理可知，該機(jī)械密封為流體動壓機(jī)械密封，所以可以采用流體膜潤滑穩(wěn)態(tài)雷諾控制方程。,確定了壓力和液膜厚度等邊界條件，就可以進(jìn)行浸油端面方孔機(jī)械密封的解析研究、數(shù)值分析和參數(shù)研究。,三、油膜壓力的解析計算,(1)徑向端面平均壓力分

7、布　 開孔部分的徑向液膜平均壓力為：,未開孔部分的徑向平均液膜壓力為：,（2）周向端面平均壓力分布,,算例驗證,圖3.1 端面液膜周向壓力分布,圖3.2 不同壓差下方孔深度對摩擦力影響,另通過一具體密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行算例驗證，得到：,端面液膜徑向壓力平均分布 端面液膜周向壓力平均分布 根據(jù)壓力分布情況計算得到徑向端面密封環(huán)開啟力=131.109N周向端面密封環(huán)開啟力=130.048N;文獻(xiàn)開啟力F=138.

8、702N。,四、浸油端面方孔機(jī)械密封摩擦學(xué)性能參數(shù)計算,本文用有限差分方法求解極坐標(biāo)形式的液膜潤滑穩(wěn)態(tài)雷諾方程：,可以得到端面間的壓力分布，利Mathcad計算機(jī)軟件編制相應(yīng)的計算程序。,推得壓力迭代計算表達(dá)式為：,式中：,程序驗算,三維壓力分布對比,（a）有限差分法三維壓力分布 （b）文獻(xiàn)三維壓力分布,操作參數(shù)對開啟力影響對比,五、摩擦學(xué)性能計算結(jié)果分析與討論,膜厚度分布,端面間壓力分布,（1）液膜三維壓力分布,(a) 介質(zhì)

9、為潤滑油 (b) 介質(zhì)為水 圖5.2 有壓差單個孔欄三維壓力分布,(a) 介質(zhì)為潤滑油 (b) 介質(zhì)為水 圖5.3 無壓差單個孔欄液膜三維壓力分布,,（2）端面間二維平均壓力分布,(a) 介質(zhì)為潤滑油 (b) 介質(zhì)為水

10、 圖5.4 有壓差周向平均壓力分布圖,(a) 介質(zhì)為潤滑油 (b) 介質(zhì)為水 圖5.5 有壓差周向平均壓力分布,(a) 介質(zhì)為潤滑油 (b) 介質(zhì)為水 圖5.6 無壓差徑向平均壓力分布,(a) 介質(zhì)為潤滑油

11、 (b) 介質(zhì)為水 圖5.7 無壓差周向平均壓力分布圖,不同操作和結(jié)構(gòu)參數(shù)對摩擦學(xué)性能的影響,（1）轉(zhuǎn)速對摩擦學(xué)性能的影響,（2）介質(zhì)粘度對摩擦學(xué)性能的影響,（3）非孔區(qū)膜厚對摩擦學(xué)性能的影響,（4）開孔深度對摩擦學(xué)性能的影響,六、密封端面平均溫度和溫度場計算及結(jié)果分析,機(jī)械密封的端面溫度的確定與控制是機(jī)械密封最關(guān)鍵的技術(shù)之一，降低端面溫升能夠有效的保證機(jī)械

12、密封運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性及延長其使用壽命。,機(jī)械密封環(huán)與翅片在形狀上類似，因此將翅片理論求解機(jī)械密封的溫度分布并推導(dǎo)其端面平均溫度和溫度場分布式。 密封環(huán)接觸端面平均溫度計算公式為：,浸油端面方孔機(jī)械密封溫度場計算公式為：,算例驗證,不同參數(shù)對端面平均溫度的影響,不同參數(shù)對溫度場分布的影響,（1）介質(zhì)粘度對溫度場分布的影響,介質(zhì)粘度對動環(huán)溫度分布影響 介質(zhì)粘度對靜環(huán)環(huán)溫度分布影響,（2）轉(zhuǎn)速對溫度場分布的影響,轉(zhuǎn)速對動環(huán)溫

13、度分布影響 轉(zhuǎn)速對靜環(huán)環(huán)溫度分布影響,（3）非孔區(qū)膜厚對溫度場分布的影響,非孔區(qū)膜厚對動環(huán)溫度分布影響 非孔區(qū)膜厚對靜環(huán)溫度分布影響,（4）開孔深度對溫度場分布的影響,開孔深度對動環(huán)溫度分布影響 開孔深度對靜環(huán)溫度分布影響,七、結(jié)論,1.相同工況條件下，解析和有限差分所得壓力分布情況及對摩擦學(xué)性能參數(shù)影響基本一致。 2.壓差大小、介質(zhì)特性對液膜壓力三維分布情況有著直接影響。

14、3.密封環(huán)轉(zhuǎn)速越大，開啟力、液膜剛度、泄漏率、摩擦力矩和摩擦系數(shù)呈線性越大；介質(zhì)粘度越大，密封開啟力、液膜剛度、摩擦力矩和摩擦系數(shù)越大，泄漏率越小，當(dāng)粘度 Pa·s時，泄漏率降低趨勢基本平緩；非孔區(qū)膜厚 ，開孔深度在 范圍時，具有較好的摩擦學(xué)性能。,4.在相同介質(zhì)粘度、轉(zhuǎn)速和端面膜厚的條件下，端面方孔機(jī)械密封比普通機(jī)械密封具有更低的端面平均溫度；端面方孔機(jī)械密封的端