泵用机械密封织构端面干摩擦磨损仿真及试验研究

作     者：王子起 李双喜 刘益江 党杰 赵檀 

作者机构：北京化工大学机电工程学院 

出 版 物：《机电工程》 (Journal of Mechanical & Electrical Engineering)

年 卷 期：2023年

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：国家重点研发计划项目（2018YFB2000801） 

主　　题：泵 机械密封 表面织构 石墨环 磨损试验 磨损质量 ANSYS Archard磨损理论 

摘      要：为了减轻泵用机械密封端面在启停阶段和严重振动工况下的干摩擦磨损，对泵用机械密封织构端面进行了干摩擦磨损仿真及试验研究。首先，采用ANSYS软件建立了具有表面织构的动静环密封端面的瞬态有限元模型，基于Archard磨损理论，分析了不同织构分布间隔角度、边长和旋转角度下静环（石墨环）的磨损规律，得到了石墨环的磨损体积分布；然后，采用摩擦磨损试验机在干摩擦条件下对不同织构参数的密封环进行了磨损试验，得到了密封环磨损前后的表面形貌和石墨环的磨损质量；最后，对比分析了仿真和试验结果，讨论了不同织构参数对石墨环磨损质量的影响以及织构的减磨机理。研究结果表明：织构凹槽可以在容纳磨粒磨屑的同时生成石墨转移膜进而减轻磨损；减轻密封环端面磨损要求织构面积合适，足够容纳磨粒磨屑，同时不过分增大表面粗糙度；织构分布间隔角度每增大5°且边长每减小0.1 mm，石墨环的磨损质量平均减少约7.83%和7.35%。织构旋转角度每增大15°，石墨环的磨损质量平均增大约4.25%。所得研究结果可为泵用机械密封的表面织构设计提供较好的理论支撑，并提升泵用机械密封的耐磨性能。