基于弹性微极流体润滑理论机械密封混合摩擦的研究

摘要

在机械密封装置中，除了轻载、高速或高粘工况的机械密封处于全膜流体润滑状态外，实际运转中的机械密封绝大部分是在混合摩擦状态下工作。实际上机械密封的密封端面都是凸凹不平的粗糙表面，而密封面间的液膜都是极薄的，基本上是与表面粗糙度处于同一数量级。自薄膜润滑概念提出以来，对它的研究有了很大的发展，薄膜润滑在表观上体现为膜厚很小，接近润滑分子微粒的尺度，因而与弹性流体润滑相比，它需要考虑微粒的尺度效应。 首先本文基于机械密封混合摩擦模型，考虑弹性微极流体效应对机械密封混合摩擦的影响，建立了合理的弹性微极流体点接触的二维数学模型，用有限差分法和C语言自行编程，求解点接触雷诺二维控制方程，获得了不同微极参数下流场的压力分布和油膜厚度图等。 但将弹性润滑理论应用于机械密封的研究，再之弹流润滑问题的求解涉及到弹性变形和流体动力润滑之间的多物理量耦合作用的分析，没有现成的商业软件可直接解决这个问题，计算难度相当大，因此对该问题的研究并不多见[41]。因而开展对机械密封在弹流润滑微极流场混合摩擦的研究有着重要的实际意义。 另外，防漏问题是机械密封的根本，泄漏量的计算显得尤为重要，所以对密封间隙的流场的研究具有现实意义。在考虑弹性微极流体效应下，油膜厚度和摩擦系数均有较大数值，这表明微极流体效应可以增加润滑膜的承载能力和液体的粘度。而泄漏量较小，这表明微极流体润滑的密封性能好，且与工程实际泄漏量相吻合。利用微极流体理论可以很好地预期薄膜润滑的特性，在考虑微极性情况下油膜厚度大于弹流理论预期值。有序分子膜的存在所起的作用相当于增加润滑剂的粘度，因而可以增加润滑膜厚的承载能力。本文给出的结果对机械密封的优化设计和使用具有指导意义。

目录

文摘

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论文说明：图表目录

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第1章绪论

1.1弹性微极流体润滑理论应用于机械密封发展历史和趋势

1.1.1国内外弹流理论研究现状

1.1.2机械密封环的耦合分析研究现状

1.1.3机械密封环的变工况和优化研究现状

1.1.4弹流试验的研究现状

1.1.5等温点接触弹流理论分析方法数值计算法的研究现状

1.2机械端面密封的基本概念

1.2.1机械端面密封的组成

1.2.2机械密封中点接触弹流的主要参数

1.3研究意义和必要性

1.4弹流理论应用于机械密封的展望研究

1.5课题的来源与主要研究方向

1.5.1课题来源、目的

1.5.2本课题的主要工作

1.6本章小节

第2章波纹管机械密封使用性能及相关标准

2.1机械密封使用性能及其表征方法

2.1.1泄漏量

2.1.2功率消耗

2.1.3 pv值

2.1.4磨损率

2.1.5使用寿命

2.2机械密封国内外主要相关标准

2.2.1 JB/T4127.1-1999《机械密封技术条件》

2.2.2CB/T14211-93《机械密封试验方法》

2.3本章小节

第3章机械密封端面摩擦特性的研究

3.1机械密封端面轴向受力分析

3.2机械密封端面摩擦机理

3.3机械密封端面摩擦状态分析及判断

3.3.1机械密封端面摩擦状态分析

3.3.2机械密封端面摩擦状态的判断

3.4端面摩擦特性对泄漏特性和使用寿命的影响

第4章机械密封混合摩擦微极流体弹性润滑稳态分析

4.1混合摩擦微极流体弹性润滑稳态耦合分析的基本理论

4.1.1弹性接触

4.2雷诺方程

4.2.1雷诺方程的一般形式及其意义

4.2.2雷诺方程的边界条件与初始条件

4.3机械密封混合摩擦微极流体弹性润滑模型的构建

4.3.1建模前提

4.3.2机械密封混合摩擦的力学模型

4.3.3混合摩擦状态下数学模型建立

4.3.4液膜的几何模型

4.3.5密封面弹性接触力模型

4.3.6润滑油密度方程

4.4本章小节

第5章弹性微极流体润滑理论机械密封混合摩擦的数值模拟

5.1基本方程的无量纲化

5.2复合直接迭代法的计算机流程简图：

5.3边界条件的处理

5.4性能参数

5.5实例分析

5.5.1理论计算结果和分析

5.5.2速度场计算与分析

5.5.3泄漏量和摩擦系数的计算

5.5.4摩擦功耗的计算

5.5.5与其它典型模型的比较

5.6本章小节

第6章结语与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

附录