浸油端面方孔机械密封摩擦学性能研究-论文答辩报告课件

1、浸油端面方孔机械密封摩擦学性能研究_论文答辩报告课件浸油端面方孔机械密封摩擦学性能研究_论文答辩报告课件一、绪论 其中端面造型机械密封就是近几年来发展非常迅速的当今机械密封领域的一项高新技术，适用与大部分高压、高温、高速、易燃和腐蚀性介质等复杂工况，并在离心泵、离心压缩机和反应釜等过程设备上取得了成功应用。一、绪论 其中端面造型机械密封就是近几年来发展非常 机械密封端面摩擦状态是决定其密封性能的重要因素，也是近来学者们研究的重点问题之一。 端面摩擦工况干摩擦流体摩擦边界摩擦混合摩擦 机械密封端面摩擦状态是决定其密封性能的 虽然目前国内外研究人员对一些端面造型机械密封的摩擦学性能进行了研究，出现

2、了许多机械密封的新结构，但在高温、高压、高转速工况条件下，必要的润滑条件很难保证，以至密封环端面发生非正常摩擦磨损，降低其使用寿命。 浸油端面方孔机械密封是在端面造型机械密封基础上发展而来的一种新型的流体动压型非接触机械密封，与普通密封相比，不仅具有更加优良的密封性，更能达到良好的端面摩擦状况，保证密封的稳定运行，极大地延长密封的寿命.浸油端面方孔机械密封的研究国内还未见报道，至今未有商品化的产品面世。 虽然目前国内外研究人员对一些端面造型机械密研 究内 容解析求解密封端面液膜压力数值求解密封端面液膜压力分析参数对摩擦学性能的影响解析求解密封温度分布 研 究解析求解密封端面液膜压力数值求解密封

3、端面液膜压力分析参研究意义 提出油膜压力解析新算法，并优化参数提高摩擦学性能奠定设计理论基础，降低制造成本研究意义 二、浸油端面方孔机械密封流体力学分析 图2.1 端面方孔的密封环 图2.2 端面开方孔示意图 二、浸油端面方孔机械密封流体力学分析 图2.1 端面方孔的工作原理 浸油端面方孔机械密封其工作原理为：随着密封运转润滑油内部产生的粘性剪切力带动润滑油从方孔内向孔外间隙运动，从而形成了润滑油的流动，由于润滑油流动的收敛性而使压力增加，从而产生流体动压效应。当润滑油的动压力和环境压力共同作用形成的密封开启力超过闭合力时，使两密封端面完全分离处于非接触状态，并在密封端面间形成一层稳定连续的油

4、膜，此时密封端面间的摩擦为流体摩擦，且在密封运转时，贮存润滑油的方孔能够不断地提供润滑油，保证端面的流体摩擦状态，进而极大地改善密封端面的摩擦状态，延长密封使用寿命工作原理 （a)孔栏和边界分布示意图 (c)方孔几何参数 图2.3 具有方孔的密封表面示意图 （a)孔栏和边界分布示意图 (c)方孔几何参数 图2.3 具有方孔的密封表面示意图（a)孔栏和边界分布示意图 (c)方孔几何参数 图2.3 具有方孔的密封表面示意图 (b) 控制单元示意图 （a)孔栏和边界分布示意图 根据浸油端面方孔机械密封的工作原理可知，该机械密封为流体动压机械密封，所以可以采用流体膜润滑稳态雷诺控制方程。 确定了压力和

5、液膜厚度等边界条件，就可以进行浸油端面方孔机械密封的解析研究、数值分析和参数研究。 根据浸油端面方孔机械密封的工作原理可知 三、油膜压力的解析计算(1)径向端面平均压力分布 开孔部分的径向液膜平均压力为： 未开孔部分的径向平均液膜压力为：三、油膜压力的解析计算(1)径向端面平均压力分布 未开孔部（2）周向端面平均压力分布（2）周向端面平均压力分布算例验证图3.1 端面液膜周向压力分布算例验证图3.1 端面液膜周向压力分布图3.2 不同压差下方孔深度对摩擦力影响图3.2 不同压差下方孔深度对摩擦力影响另通过一具体密封结构进行算例验证，得到：端面液膜径向压力平均分布 端面液膜周向压力平均分布 根据

6、压力分布情况计算得到径向端面密封环开启力=131.109N周向端面密封环开启力=130.048N;文献开启力F=138.702N。另通过一具体密封结构进行算例验证，得到：端面液膜径向压力平均四、浸油端面方孔机械密封摩擦学性能参数计算 本文用有限差分方法求解极坐标形式的液膜润滑稳态雷诺方程： 可以得到端面间的压力分布，利Mathcad计算机软件编制相应的计算程序。四、浸油端面方孔机械密封摩擦学性能参数计算 推得压力迭代计算表达式为：式中：推得压力迭代计算表达式为：式中：开始计算给定密封几何参数和操作参数计算一个控制单元内液膜厚度分布h(i,j)求解计算参数A(i,j),B(i,j), C(i,j

7、),D(i,j), E(i,j),F(i,j)利用超松弛迭代计算P(i,j)计算精度是否达到要求是否根据公式计算开启力，液膜刚度，泄漏率，摩擦力，摩擦扭矩和摩擦系数输出及显示结果程序结束设定边界条件和各节点初始值给出迭代前的初始条件开始计算给定密封几何参数和操作参数计算一个控制单元内液膜厚度程序验算三维压力分布对比（a）有限差分法三维压力分布 （b）文献三维压力分布程序验算三维压力分布对比（a）有限差分法三维压力分布 操作参数对开启力影响对比操作参数对开启力影响对比五、摩擦学性能计算结果分析与讨论 膜厚度分布五、摩擦学性能计算结果分析与讨论 膜厚度分布端面间压力分布（1）液膜三维压力分布 (a

8、) 介质为润滑油 (b) 介质为水 图5.2 有压差单个孔栏三维压力分布端面间压力分布（1）液膜三维压力分布 (a) (a) 介质为润滑油 (b) 介质为水 图5.3 无压差单个孔栏液膜三维压力分布 (a) 介质为润滑油 （2）端面间二维平均压力分布 (a) 介质为润滑油 (b) 介质为水 图5.4 有压差周向平均压力分布图 （2）端面间二维平均压力分布 (a) 介质为润滑 (a) 介质为润滑油 (b) 介质为水 图5.5 有压差周向平均压力分布 (a) 介质为润滑油 (a) 介质为润滑油 (b) 介质为水 图5.6 无压差径向平均压力分布 (a) 介质为润滑油 (a) 介质为润滑油 (b)

9、介质为水 图5.7 无压差周向平均压力分布图 (a) 介质为润滑油 不同操作和结构参数对摩擦学性能的影响（1）转速对摩擦学性能的影响不同操作和结构参数对摩擦学性能的影响（1）转速对摩擦学性能的（2）介质粘度对摩擦学性能的影响（2）介质粘度对摩擦学性能的影响（3）非孔区膜厚对摩擦学性能的影响（3）非孔区膜厚对摩擦学性能的影响（4）开孔深度对摩擦学性能的影响（4）开孔深度对摩擦学性能的影响六、密封端面平均温度和温度场计算及结果分析 机械密封的端面温度的确定与控制是机械密封最关键的技术之一，降低端面温升能够有效的保证机械密封运转稳定性及延长其使用寿命。 端面温度确定方法试验测量经验公式法解析法数值模

10、拟法六、密封端面平均温度和温度场计算及结果分析 机械密 机械密封环与翅片在形状上类似，因此将翅片理论求解机械密封的温度分布并推导其端面平均温度和温度场分布式。 密封环接触端面平均温度计算公式为： 浸油端面方孔机械密封温度场计算公式为： 机械密封环与翅片在形状上类似，因此将翅 浸算例验证不同参数对端面平均温度的影响算例验证不同参数对端面平均温度的影响不同参数对温度场分布的影响（1）介质粘度对温度场分布的影响 介质粘度对动环温度分布影响 介质粘度对静环环温度分布影响不同参数对温度场分布的影响（1）介质粘度对温度场分布的影响 （2）转速对温度场分布的影响 转速对动环温度分布影响 转速对静环环温度分布

11、影响（2）转速对温度场分布的影响 转速对动环温度分布影（3）非孔区膜厚对温度场分布的影响非孔区膜厚对动环温度分布影响 非孔区膜厚对静环温度分布影响（3）非孔区膜厚对温度场分布的影响非孔区膜厚对动环温度分布影（4）开孔深度对温度场分布的影响 开孔深度对动环温度分布影响 开孔深度对静环温度分布影响（4）开孔深度对温度场分布的影响 开孔深度对动环温度分布七、结论 1.相同工况条件下，解析和有限差分所得压力分布情况及对摩擦学性能参数影响基本一致。 2.压差大小、介质特性对液膜压力三维分布情况有着直接影响。 3.密封环转速越大，开启力、液膜刚度、泄漏率、摩擦力矩和摩擦系数呈线性越大；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 Pas时，泄漏率降低趋势基本平缓；非孔区膜厚 ，开孔深度在 范围时，具有较好的摩擦学性能。七、结论 1.相同工况条件下，解析和有限差分所得压 4.在相同介质粘度、转速和端面膜厚