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《不同型面微孔对激光加工多孔端面机械密封性能的影响》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、第26卷第4期摩擦学学报Vol26,No42006年7月TRIBOLOGYJuly,2006不同型面微孔对激光加工多孔端面机械密封性能的影响1,323彭旭东,杜东波,李纪云(1.浙江工业大学机械制造及自动化教育部重点实验室,浙江杭州310032;2.中国石油大学机电工程学院,山东东营257061;3.浙江工业大学机电工程学院,浙江杭州310032)摘要:考虑密封端面液膜中的空化现象,建立了激光加工多孔端面机械密封(LST2MS)的理论分析模型,应用有限元方法研究了矩形面、椭圆面、球缺面和抛物面等4种不同型面微孔LST2MS的密封特性参数,包括端面开启力、液膜刚度和摩擦扭矩等受微孔几
2、何结构参数的影响规律,给出了上述LST2MS在最大液膜刚度条件下微孔的最优面积密度和最优深径比.结果表明,矩形型面微孔LST2MS拥有最佳的综合性能,研究结果具有较强的理论与工程应用价值.关键词:机械密封;多孔端面;密封性能;有限元法中图分类号:TH117.2文献标识码:A文章编号:100420595(2006)0420367205--激光加工多(微)孔端面机械密封(LST2MS)是图1(c)],其中x和y为以微孔中心为原点的局部[1]以色列科学家Etsion于1996年提出的密封技术.[1～4]研究表明,在相同条件下,LST2MS与普通机械密封相比适用范围更广,端面温升或摩擦力矩
3、却下降.到目前为止,关于LST2MS的理论研究还刚起步,且一般选择球缺面微孔,对其它型面微孔的密封性能及其与球缺面微孔的比较还很少见.为此,本文作者采用有限元法分析了矩形面、球缺面、椭圆面及抛物面等4种不同型面微孔的孔结构参数对LST2MS性能的影响,以最大液膜刚度为优化目标,提出了微孔的最优结构参数和最佳型面,以期为工程应用提供依据.1计算模型LST2MS开孔端面的局部几何结构如图1(a)所示,微孔沿密封面周向呈等间距对称分布.由于端面宽度远小于端面半径,可以忽略曲率的影响,同时孔径一般小于0.2mm,因此可近似认为径向系列孔(简称“孔栏”)的2个径向边界和内外周边共同构成矩形[
4、见图1(b)].以“孔栏”为研究对象,坐标系的x轴沿圆周方向,y轴沿半径方向;假设每个微孔坐标轴,微孔半径为rp.定义微孔面积密度Sp为端位于边长为2rs×2rs的正方形控制单元的中央[见面微孔面积与整个端面面积的比值,则有:基金项目:国家自然科学基金资助项目(50575152);教育部科学技术研究重点基金资助项目(03107).收稿日期:2005211202;修回日期:2006201208/联系人彭旭东,e2mail:xdpeng@126.com作者简介:彭旭东,男,1964年生,博士,教授,博士生导师,目前主要从事高分子材料摩擦学与流体密封研究.©1994-2009ChinaA
5、cademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net368摩擦学学报第26卷rπ--ε-2-2p)=1+).(5)rs=.(1)H(X,Yδ1-(X+Y2Sp为了便于分析,假设:(1)两端面被液体薄膜隔抛物面:----22开;(2)不考虑压力沿膜厚方向变化;(3)密封流体X+Y>1时,H(X,Y)=1--为粘度μ不变的牛顿型流体;(4)端面间任意一点的22X+Y≤1时,相对滑动速度U保持恒定.由此得到不可压缩流体--ε-2-2[5]H(X,Y)=1+(1-X-Y).(6)在稳态层流
6、条件下的Reynolds方程:δ5(h35p)+5(h35p)=6μU5h(2)式中:微孔深径比ε=hp/2rp,无量纲膜厚δ=c/2rp.5x5x5y5y5x应用上述无量纲参数,并定义压缩系数Λ=式中:h为流体膜局部厚度.若设c为密封坝区膜厚,26μrpU/(pac),则得到式(2)的无量纲形式:hp为孔深(见图2),pa为环境压力,并定义下列无量535P535P5H(H)+(H)=Λ.(7)5X5X5Y5Y5X如图1所示,设ri和ro分别为端面的内、外径,pi和po分别为内、外径处的压力,定义Yi=ri/rp和Yo=ro/rp,则式(7)的积分边界条件为:P(X,Yi)=Pi,
7、P(X,Yo)=Po,P(-ξ,Y)=P(ξ,Y).(8)在实际运行过程中,LST2MS端面间的液膜可能产生空化而形成流体动压力,因此必须对式(7)补充合适的空化边界条件才能获得正确的分析结果.空化边界条件主要包括半Sommerfeld边界条件、Reyn2[6]olds边界条件及Floberg(JFO)边界条件3种.其Fig2Sizesoffluidfilmthicknessandmicropores中前者较简单,但有一定误差,可作第一次近似解;图2密封面膜厚与微孔的
