浸油端面方孔機(jī)械密封摩擦學(xué)性能研究-論文答辯報(bào)告課件

1、浸油端面方孔機(jī)械密封摩擦學(xué)性能研究_論文答辯報(bào)告課件浸油端面方孔機(jī)械密封摩擦學(xué)性能研究_論文答辯報(bào)告課件一、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(xiàng)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。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 機(jī)械密封端面摩擦狀態(tài)是決定其密封性能的重要因素，也是近來學(xué)者們研究的重點(diǎn)問題之一。 端面摩擦工況干摩擦流體摩擦邊界摩擦混合摩擦 機(jī)械密封端面摩擦狀態(tài)是決定其密封性能的 雖然目前國內(nèi)外研究人員對(duì)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)

2、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(dòng)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(bào)道，至今未有商品化的產(chǎn)品面世。 雖然目前國內(nèi)外研究人員對(duì)一些端面造型機(jī)械密研 究內(nèi) 容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(duì)摩擦學(xué)性能的影響解析求解密封溫度分布 研 究解析求解密封端面液膜壓力數(shù)值求解密封

3、端面液膜壓力分析參研究意義 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(jì)理論基礎(chǔ)，降低制造成本研究意義 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 端面開方孔示意圖 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(dòng)潤滑油從方孔內(nèi)向孔外間隙運(yùn)動(dòng)，從而形成了潤滑油的流動(dòng)，由于潤滑油流動(dòng)的收斂性而使壓力增加，從而產(chǎn)生流體動(dòng)壓效應(yīng)。當(dāng)潤滑油的動(dòng)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(shí)，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

4、膜，此時(shí)密封端面間的摩擦為流體摩擦，且在密封運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，貯存潤滑油的方孔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)，延長密封使用壽命工作原理 （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 （a)孔欄和邊界分布示意圖 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(dòng)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

5、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。 根據(jù)浸油端面方孔機(jī)械密封的工作原理可知 三、油膜壓力的解析計(jì)算(1)徑向端面平均壓力分布 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：三、油膜壓力的解析計(jì)算(1)徑向端面平均壓力分布 未開孔部（2）周向端面平均壓力分布（2）周向端面平均壓力分布算例驗(yàn)證圖3.1 端面液膜周向壓力分布算例驗(yàn)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(duì)摩擦力影響圖3.2 不同壓差下方孔深度對(duì)摩擦力影響另通過一具體密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行算例驗(yàn)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)

6、壓力分布情況計(jì)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=138.702N。另通過一具體密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行算例驗(yàn)證，得到：端面液膜徑向壓力平均四、浸油端面方孔機(jī)械密封摩擦學(xué)性能參數(shù)計(jì)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(jì)算機(jī)軟件編制相應(yīng)的計(jì)算程序。四、浸油端面方孔機(jī)械密封摩擦學(xué)性能參數(shù)計(jì)算 推得壓力迭代計(jì)算表達(dá)式為：式中：推得壓力迭代計(jì)算表達(dá)式為：式中：開始計(jì)算給定密封幾何參數(shù)和操作參數(shù)計(jì)算一個(gè)控制單元內(nèi)液膜厚度分布h(i,j)求解計(jì)算參數(shù)A(i,j),B(i,j), C(i,j

7、),D(i,j), E(i,j),F(i,j)利用超松弛迭代計(jì)算P(i,j)計(jì)算精度是否達(dá)到要求是否根據(jù)公式計(jì)算開啟力，液膜剛度，泄漏率，摩擦力，摩擦扭矩和摩擦系數(shù)輸出及顯示結(jié)果程序結(jié)束設(shè)定邊界條件和各節(jié)點(diǎn)初始值給出迭代前的初始條件開始計(jì)算給定密封幾何參數(shù)和操作參數(shù)計(jì)算一個(gè)控制單元內(nèi)液膜厚度程序驗(yàn)算三維壓力分布對(duì)比（a）有限差分法三維壓力分布 （b）文獻(xiàn)三維壓力分布程序驗(yàn)算三維壓力分布對(duì)比（a）有限差分法三維壓力分布 操作參數(shù)對(duì)開啟力影響對(duì)比操作參數(shù)對(duì)開啟力影響對(duì)比五、摩擦學(xué)性能計(jì)算結(jié)果分析與討論 膜厚度分布五、摩擦學(xué)性能計(jì)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

8、) 介質(zhì)為潤滑油 (b) 介質(zhì)為水 圖5.2 有壓差單個(gè)孔欄三維壓力分布端面間壓力分布（1）液膜三維壓力分布 (a) (a) 介質(zhì)為潤滑油 (b) 介質(zhì)為水 圖5.3 無壓差單個(gè)孔欄液膜三維壓力分布 (a) 介質(zhì)為潤滑油 （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 圖5.4 有壓差周向平均壓力分布圖 （2）端面間二維平均壓力分布 (a) 介質(zhì)為潤滑 (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 (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 (a) 介質(zhì)為潤滑油 (b)

9、介質(zhì)為水 圖5.7 無壓差周向平均壓力分布圖 (a) 介質(zhì)為潤滑油 不同操作和結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)摩擦學(xué)性能的影響（1）轉(zhuǎn)速對(duì)摩擦學(xué)性能的影響不同操作和結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)摩擦學(xué)性能的影響（1）轉(zhuǎn)速對(duì)摩擦學(xué)性能的（2）介質(zhì)粘度對(duì)摩擦學(xué)性能的影響（2）介質(zhì)粘度對(duì)摩擦學(xué)性能的影響（3）非孔區(qū)膜厚對(duì)摩擦學(xué)性能的影響（3）非孔區(qū)膜厚對(duì)摩擦學(xué)性能的影響（4）開孔深度對(duì)摩擦學(xué)性能的影響（4）開孔深度對(duì)摩擦學(xué)性能的影響六、密封端面平均溫度和溫度場計(jì)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)械密封運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性及延長其使用壽命。 端面溫度確定方法試驗(yàn)測量經(jīng)驗(yàn)公式法解析法數(shù)值模

10、擬法六、密封端面平均溫度和溫度場計(jì)算及結(jié)果分析 機(jī)械密 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(jì)算公式為： 浸油端面方孔機(jī)械密封溫度場計(jì)算公式為： 機(jī)械密封環(huán)與翅片在形狀上類似，因此將翅 浸算例驗(yàn)證不同參數(shù)對(duì)端面平均溫度的影響算例驗(yàn)證不同參數(shù)對(duì)端面平均溫度的影響不同參數(shù)對(duì)溫度場分布的影響（1）介質(zhì)粘度對(duì)溫度場分布的影響 介質(zhì)粘度對(duì)動(dòng)環(huán)溫度分布影響 介質(zhì)粘度對(duì)靜環(huán)環(huán)溫度分布影響不同參數(shù)對(duì)溫度場分布的影響（1）介質(zhì)粘度對(duì)溫度場分布的影響 （2）轉(zhuǎn)速對(duì)溫度場分布的影響 轉(zhuǎn)速對(duì)動(dòng)環(huán)溫度分布影響 轉(zhuǎn)速對(duì)靜環(huán)環(huán)溫度分布

11、影響（2）轉(zhuǎn)速對(duì)溫度場分布的影響 轉(zhuǎn)速對(duì)動(dòng)環(huán)溫度分布影（3）非孔區(qū)膜厚對(duì)溫度場分布的影響非孔區(qū)膜厚對(duì)動(dòng)環(huán)溫度分布影響 非孔區(qū)膜厚對(duì)靜環(huán)溫度分布影響（3）非孔區(qū)膜厚對(duì)溫度場分布的影響非孔區(qū)膜厚對(duì)動(dòng)環(huán)溫度分布影（4）開孔深度對(duì)溫度場分布的影響 開孔深度對(duì)動(dòng)環(huán)溫度分布影響 開孔深度對(duì)靜環(huán)溫度分布影響（4）開孔深度對(duì)溫度場分布的影響 開孔深度對(duì)動(dòng)環(huán)溫度分布七、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(duì)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(duì)液膜壓力三維分布情況有著直接影響。 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 Pas時(shí)，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(shí)，具有較好的摩擦學(xué)性能。七、結(jié)論 1.相同工況條件下，解析和有限差分所得壓 4.在相同介質(zhì)粘度、轉(zhuǎn)速和端面膜厚