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平面端面密封中的流体动压效应研究

来源: 时间:2017-06-12 09:57:44 次数:

标准的平衡型和非平衡型机械密封通常是在边界润滑条件下工作,其摩擦系数一般为f=0.07± 0.03。在该工况下,固然在密封缝隙中存在液体层,但是液层可能局部中断,而且几乎没有压力,因而也就没有明显的粘性效果。

平面端面密封中的流体动压效应研究

标准的平衡型和非平衡型机械密封通常是在边界润滑条件下工作,其摩擦系数一般为f=0.07± 0.03。在该工况下,固然在密封缝隙中存在液体层,但是液层可能局部中断,而且几乎没有压力,因而也就没有明显的粘性效果。由于高的端面摩擦生热,即使是具有好的热传导和冷却特性的端面配对材料,其压力-速度极限即PV值极限也很低。为了进步密封的PV值极限,拓宽平面端面密封的使用范围,借助于密封端面液膜的流体动压效应。Denny(1961)通过试验观察到两密封端面是被一层薄的液膜所隔离。自此以后,为了更好地理解机械端面密封的工作机理,很多研究者做了大量的工作,这些工作大部分是涉及流体膜压的产生机理。密封端面上的流体膜压主要取决于端面间隙的外形和尺寸,即流体膜的几何外形和厚度。文献?1、3?具体地回顾了曾经提出的各种压力产生机理。这些机理包括:偏心和偏斜、表面波度、表面粗糙度、相变、热弹效应和振动。研究成果表明,平面端面密封主要是在混合摩擦状态下工作,流体膜承担很大一部分载荷,其余载荷由端面微凸体接触来承担。

根据经典的流体动压润滑理论,平行平面滑动中液膜不具有承载能力。然而Lebeck(1978)通过整理和分析滑动轴承和机械端面密封中有关平行平面滑动众多研究者的大量试验数据,得出在平行平面滑动中流体膜也具有一定的流体动压效应,能够产生有用的承载能力。在对各种可能的承载机理(热楔、热密度、热粘度、微凸体润滑、微凸体碰撞、挤压效应)进行具体的理论分析和比较后指出,这些机理在特定的密封设计中可能起到一定的作用,但是一般情况下不可能产生明显的承载能力,然而表面的整体倾斜、锥度和波度能够产生很强的流体动压承载能力,理论和试验研究都表明表面宏观波度是可能的流体动压承载机理。表面波度分两类:一类是加工过程中形成的表面微观波度;另一类是由磨损、弹性变形和热变形共同作用产生的表面宏观波度,表面波度的流体动压效应逐步引起了各国学者的普遍重视,相继提出了机械端面密封的各种波度模型。

平面端面密封固然存在一层薄的流体膜,能够承担一部分载荷,但在一般情况下,这层薄的流体膜是不完整的,存在部分微凸体的直接接触。在高压、高速和低粘工况下,微凸体的直接接触将是主要的承载部分,此时密封中产生的摩擦和磨损很大,可能导致密封端面温度急剧上升,液膜气化,以至密封失效。为了克服接触式机械密封存在的题目,提出了非接触式机械密封——流体动压和流体静压机械密封。



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