浸油端面方孔机械密封摩擦学性能研究.doc

浸油端面方孔机械密封摩擦学性能研究浸油端面方孔机械密封是一种新型的机械密封技术,和普通机械密封相比,可以改善机械密封摩擦副的摩擦状态,延长密封寿命,有效地提高摩擦学性能。本文重点考虑了浸油端面方孔机械密封的端面润滑特性,分别采用解析法和有限差分数值法求解了端面流体润滑雷诺方程,对密封端面的润滑特性进行了深入分析,分别计算了端面液膜压力分布、端面液膜压力形成的开启力(承载力)、液膜刚度、摩擦力矩、摩擦系数、端面泄漏率等摩擦学性能。分别研究了操作参数和结构参数对摩擦学性能的影响规律。同时应用翅片理论计算了浸油端面方孔机械密封端面温度分布规律。主要研究内容和结论如下：1.建立了浸油端面方孔机械密封液膜压力分布一维分析模型,基于阶梯滑块润滑模型,推导了该类机械密封径向和周向平均液膜压力分布计算式,得到了径向和周向平均液膜压力分布情况。2.采用有限差分法对端面流体润滑雷诺方程进行求解,利用Mathcad计算机软件编制程序,可以计算不同压差、介质下的液膜压力三维分布情况。计算结果表明,介质压差、介质黏性对其膜压分布有直接影响。数值计算结果与解析法计算所得平均压力分布结果进行对比,其结果基本一致。3.分别利用解析法和有限差分法研究了不同操作参数和结构参数对浸油端面方孔机械密封的摩擦学性能的影响规律。具体结果如下：(1)两种方法所得到不同操作参数和结构参数对浸油端面方孔机械密封摩擦学性能影响规律基本一致；(2)密封环转速越大,密封开启力、液膜刚度、泄漏率、摩擦力矩和摩擦系数基本呈线性增大；(3)介质粘度越大,密封开启力、液膜刚度、摩擦力矩和摩擦系数越大,泄漏率越小,当粘度≥2×10-3Pa·s时,泄漏率和摩擦系数降低趋势基本平缓；(4)非孔区膜厚≤5μm,开孔深度在2～6μm范围时,具有较好的摩擦学性能。4.建立了浸油端面方孔机械密封温度分布模型,利用翅片理论计算了机械密封端面平均温度和动静环在不同操作参数和结构参数下的轴向温度分布。得到具体结果如下：(1)在相同介质粘度、转速和端面膜厚的条件下,浸油端面方孔机械密封比普通机械密封具有更低的端面平均温度；(2)浸油端面方孔机械密封的端面平均温度随着介质粘度和转速的提高而增大,其中介质粘度对端面平均温度的影响非常显著。(3)浸油端面方孔机械密封的端面平均温度随着非孔区膜厚的增加而减小,在膜厚ho≤2μm时,减小趋势变化剧烈,当膜厚ho≥4μm时,减小趋势变得平缓；(4)动静环温度分布沿轴向位置从接触端面逐渐向两绝热边界递减,逐渐接近于周围环境温度。