新型機(jī)械密封性能及其環(huán)面跨尺度快速成型技術(shù)的研究.pdf

1、機(jī)械密封是流體機(jī)械和動(dòng)力機(jī)械中不可缺少的零部件,廣泛應(yīng)用泵、壓縮機(jī)和攪拌器等旋轉(zhuǎn)設(shè)備。動(dòng)、靜環(huán)端面摩擦副是主要密封面,是決定機(jī)械密封摩擦、磨損、密封性能和使用壽命的關(guān)鍵。為了改善機(jī)械密封端面摩擦副的摩擦性能,人們將表面織構(gòu)技術(shù)應(yīng)用于密封環(huán)端面,通過(guò)在密封面加工出具有規(guī)則分布的微小凹腔和宏觀凹槽,實(shí)現(xiàn)減小端面摩擦副的摩擦力和磨損量,提高機(jī)械密封的密封性能和使用壽命。
　　 本文首先從理論方面進(jìn)行研究,忽略了密封環(huán)的周向不均勻性、表

2、面粗糙度及密封環(huán)的變形等因素,考慮密封端面間潤(rùn)滑液膜空化現(xiàn)象和流體動(dòng)、靜壓的相互影響,建立了端面具有規(guī)則微凹腔織構(gòu)分布的機(jī)械密封理論分析模型。利用多重網(wǎng)格法求解密封端面間液膜的膜壓分布,以密封面的開(kāi)啟力為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),分析了工況參數(shù)和微凹腔的幾何參數(shù)對(duì)密封性能的影響。結(jié)果表明:密封端面間隙、轉(zhuǎn)速、介質(zhì)粘度、微凹腔深徑比和半徑對(duì)開(kāi)啟力的影響較大。開(kāi)啟力隨著密封間隙的增大而減小,隨著轉(zhuǎn)速和介質(zhì)粘度的增大而增大。存在最優(yōu)的深徑比使開(kāi)啟力達(dá)到最大,

3、且最優(yōu)的深徑比隨著微凹腔半徑的增大而減小。微凹腔的面積密度在5%～40%的范圍內(nèi)對(duì)開(kāi)啟力的影響較小,存在最優(yōu)的面積密度使開(kāi)啟力達(dá)到最大。
　　 采用聲光調(diào)Q二極管泵浦Nd:YAG激光器,利用“單脈沖同點(diǎn)間隔多次”激光加工工藝,對(duì)碳化硅機(jī)械密封試樣端面進(jìn)行激光表面微織構(gòu)的加工工藝試驗(yàn)研究,分析了泵浦電流、脈沖重復(fù)頻率、脈沖重復(fù)次數(shù)和掃描速度等激光加工工藝參數(shù)對(duì)微凹腔和微凹槽織構(gòu)的幾何形貌參數(shù)與加工質(zhì)量的影響。結(jié)果表明,通過(guò)優(yōu)化激光

4、加工工藝參數(shù)組合,可以加工出較優(yōu)的微觀幾何形貌。
　　 基于理論分析和激光加工工藝試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,本文在機(jī)械密封計(jì)算機(jī)輔助試驗(yàn)裝置上,考察了微凹腔織構(gòu)對(duì)機(jī)械密封摩擦性能的影響。研究結(jié)果表明,在相同的條件下與普通機(jī)械密封相比,激光表面微凹腔織構(gòu)機(jī)械密封的摩擦扭矩均有不同程度減小,特別是在密封介質(zhì)壓力較低、轉(zhuǎn)速較高的工況下。
　　 針對(duì)激光加工機(jī)械密封環(huán)表面宏觀上游泵送槽效率低的問(wèn)題,本課題研究了密封環(huán)表面泵送槽的快速成型