密封环滑动面变形对润滑性能的影响

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Influences of Face Deformation on Lubrication of M echanical Seal RingsWANG Cai-sheng， ZHOU Qiong， QIN Yao， AN Qi(School of Mechanical and Power Engineering，East China University ofScience and Technology，Shanghai 200237，China)Abstract：In this paper，the geometric model of the mechanical seal rings surface deformation is built。

and micro-surface morphology of the seal rings is simulated by the adaptive correlation function。

Combining with simulation of rough surface，micro-hydrodynamic lubrication model of surface deformationis also established.By programming with finite difference method and M ATI AB software，the calculationsof fluid film pressure distribution and fluid film thickness distribution of micro-hydrodynamic lubrication ofseal rings under a certain external load are successfully accomplished.A concrete example is calculated andanalyzed.The detail research on the influences of face deformation and externalload on the performance ofmechanical seal rings lubrication such as fluid film thickness，friction，calorific value，leakage is carriedout，and a series of performance curves are obtained and explained。

Key words：sea[ring；deformation；roughness；hydrodynamic lubrication；numerical simulation应用于机械密封 的密封环 (静、动环 )在实际使用中会发生端面磨损不均匀现象，有的环靠内径处磨损较大 ，有 的环靠外径处磨损较大。产生这种现象的原因是由于温度分布不均匀或作用在环上的压力不均匀造成密封环变形所致。密封环滑动面从微观上看是凹凸不平的粗糙表面，密封面之间的流体收稿 日期 ：2O1 2-O9-O5作者简介 ：王财生(1987)，男 ，辅人 ，硕士生 ，研究方向为摩擦学 。

通信联 系人 ：安 琦 ，E mail：anql###ecust.edu.cn膜极薄 ，基本上与表面粗糙度处于同-数量级 ，大J此即使密封环较小的变形也会对机械密封的润滑、密封性能造成较大影响。

Christensenl1 提出了考虑表面粗糙度作用的润滑理论 ，在雷诺方程的基础上，利用统计学方法求压力分布值 ；杨慧霞等 提出了同时考虑机械密封端第 2期 王财生 ，等 ：密封环滑动面变形对润滑性能的影响 229面的径 向锥度 、环向波度 、各向同性的表面粗糙度以及油膜发散 区的空化作用等两维混合摩擦模型 ，该模型可用来预测机械密封 的工作性能 ；丁雪兴等 ]提 出了考虑机械密封的表面粗糙度 、环 向波度和径向锥度的两维混合摩擦模 型，并且考 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模型。周剑峰等 由简化的控制方程推导了机械密封变形后的液膜压力分布方程 ，给出了泄漏量、承载力和摩擦力矩的计算方法 ，分析 了密封端面液膜特性与变形角和动环转速之间的关系 。从 目前国内外研究情况来看 ，鲜 有人在同时考虑机械密封滑动表面粗糙度和滑动面变形作用时进行密封滑动面的流体动压润滑性能研究。

本文在建立密封环滑动面变形的几何模型的基础上 ，采用 自相关函数原理构建 了密封环滑动 面的粗糙三维表面，采用有限差分法对雷诺方程进行数值求解 ，得 到了流体膜厚度分布和压力分布，在此基础上，推导了摩擦力、发热量、泄漏量等的计算公式。

通过-个具体的实例计算，系统研究了滑动面变形和外载荷变化对机械密封润滑性能的影响规律 。

1 密封环变形及滑动面微观模拟1.1 密封环的变形机械密封环的变形大体可分为机械变形和热变形 ，-般情况下端面变形形状为 圆锥形l5]。由于各种力 、热变形的客观存在，致使密封环滑动面的变形有可能呈现如图 1所示的 3种基本模型 ：收敛面、平行面和扩散面l6]。

(a)收敛面 (b)平行面(c)扩散面网 1 密封环滑动面变形Fig.1 Face deformation of mechanical seal rings- 般而言 ，机械密封滑动环的材料为软材料 ，静止环的材料为硬材料 ，