考虑微观表面分层特征密封环接触特性分析

作     者：刘孟扬 孙雪剑 毛文元 邓晰文 雷基林 

作者机构：昆明理工大学化学工程学院 昆明理工大学云南省内燃机重点实验室 

出 版 物：《化工学报》 (CIESC Journal)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：云南省科技计划项目(202302AC08002,202202AB080011) 云南省基础研究计划青年项目(202401AU070183) 

主　　题：动密封 表面形貌 分层特征 微尺度 接触 

摘      要：软硬配对的密封环广泛应用于旋转式动密封领域，然而动静环间的接触摩擦是引起密封失效的主要原因。分析密封环的接触特性对研究密封摩擦损伤现象乃至预测密封稳定运行具有重要意义。传统研究大多基于密封环微观表面微凸体满足高斯分布的单层特征假设，忽略其存在的分层特征。本文以干气密封为工程背景，通过测量密封环表面形貌二维数据，利用间断分离法获取分层参数，结合双高斯表面仿真理论对密封环三维重构，使用确定性接触模型对密封环接触特性研究，并结合表面仿真分析相关长度、下高斯粗糙度、上高斯占比等对密封接触特性的影响。研究结果表明：经过抛光处理的成品碳石墨密封环分层特征明显。相关长度的增加会减少粗糙峰数量并增加粗糙峰平均曲率半径。上高斯占比的增加导致粗糙峰平均曲率半径略有增加。增加下高斯粗糙度会降低粗糙峰平均曲率半径，增加粗糙峰数量，显著降低接触性能。下高斯粗糙度对表面形貌、接触特性影响最大，而相关长度、上高斯占比对接触特性影响较小。