内、外螺旋槽型机械密封润滑液膜特性研究

应用FLUENT软件对内、外螺旋槽型机械密封润滑液膜特性进行了数值模拟,得到了润滑液膜流场的压力分布、泄漏量、液膜开启力、摩擦扭矩。将内、外螺旋槽型在不同液膜厚度和不同转速条件下的液膜特性作比较,结果表明:同样条件下,内螺旋槽型机械密封的端面压力、泄漏量、液膜开启力、摩擦扭矩均略大于外螺旋槽型机械密封。为螺旋槽机械密封的优化设计提供参考依据。

ActiveX技术在机械密封数据采集系统中的应用

结合实际开发了基于LabVIEW使用ActiveX技术访问Microsoft Access数据库的方法及使用ActiveX技术调用Word VBA生成报表的方法。采用此种方法解决了机械密封数据采集系统的数据记录及报表生成问题,实际使用证明取得了较好的效果。

机械密封摩擦副端面接触分形模型

依据分形理论,研究了机械密封摩擦副端面间的真实接触状况,建立了机械密封摩擦副端面接触分形模型。得到了机械密封摩擦副端面微接触点的面积分布、临界弹性变形微接触面积、临界塑性变形微接触面积、量纲1真实接触面积的数学表达式。采用数值计算方法得到了GY70型机械密封摩擦副端面间的量纲1真实接触面积与端面比载荷的关系曲线。结果表明,真实接触面积随着密封端面比载荷的增加而近似呈线性增加;在相同比载荷下,真实接触面积随着特征尺度系数的增大而减小,随着分形维数的增大而增大,但当D达到1.67以后,随着D的增大而减小。机械密封摩擦副端面接触分形模型的建立,为研究机械密封摩擦副端面间的摩擦磨损性能和密封性能提供了依据。

粗糙表面接触模型的研究进展

实际工程中的接触表面都不是绝对光滑的,当两物体相互接触时,真实表面的接触实际上是微凸体间的接触。粗糙表面间的接触行为对摩擦、磨损、润滑、密封和传热等有着重要的影响,是摩擦学研究的主要课题之一。介绍了Hertz弹性接触模型、统计学接触模型和分形接触模型,对粗糙表面接触模型的研究现状和进展作了分析和评述。由Hertz模型只能求解一些几何形状比较规则的物体,应用范围非常有限;各种统计学模型都是经过简化的理想模型,这些简化究竟能导致多大误差目前还没有精确的分析;分形模型利用了包含全部表面粗糙度信息的分形参数D和G,其对粗糙表面接触性质的预测不受仪器分辨率和取样长度的影响,使预测具有惟一性或确定性。

机械密封磨合过程端面接触特性

为研究和掌握机械密封磨合过程端面接触特性的变化规律,考虑机械密封端面微凸体实际微接触面积与微接触截面积之间的区别,对微凸体临界弹性变形微接触面积和临界塑性变形微接触面积的表达式进行修正;推导得出机械密封端面弹性接触面积比、弹塑性接触面积比和塑性接触面积比的表达式。对B104a-70型机械密封进行磨合试验,试验介质为20℃清水,压力为0.5 MPa,弹簧比压为0.15 MPa,转速为2900r.min-1。研究结果表明,随着磨合过程的进行,软质环端面迅速趋于光滑,磨损率迅速减小;磨合使密封端面间的接触特性发生了较大的变化,量纲1真实接触面积由0.00348增大到0.00567,弹性接触面积比由0.716增大到0.822,弹塑性接触面积比由0.231降低到0.128,塑性接触面积比由0.053降低到0.050。

机械密封摩擦副端面分形维数的优化

机械密封摩擦副接触端面的分形维数对摩擦副摩擦磨损特性和密封性能有着重要的影响。依据机械密封摩擦副端面接触分形模型和泄漏分形模型,分别研究了有利于减轻端面磨损的最优分形维数和基于允许泄漏率的最优分形维数。用数值计算方法得出了NHM70型机械密封摩擦副端面弹性接触面积比Are/Ar与分形维数D的关系曲线及泄漏率q与分形维数D的关系曲线。在自行设计的试验装置上,进行了NHM70型机械密封试验研究。通过理论计算和试验验证表明,在综合考虑磨损率、泄漏率和加工成本后,NHM70型机械密封软质环端面的最优分形维数为1.61。

接触式机械密封寿命预测方法

依据分形理论,用具有尺寸独立性的分形参数表征包含粗糙度和波度的密封端面形貌及其变化,研究了机械密封端面形貌变化对泄漏通道的影响规律,结合Navier-Stokes方程,建立了基于允许泄漏率的机械密封寿命预测方法。运用这一方法,对工作在柴油泵中的108型机械密封进行了寿命预测。研究发现密封介质压力为0.8MPa,端面比载荷为1.1MPa,工作11500h的108型机械密封,软质环端面形貌D=1.5607,G=2.0298×10-9m,理论泄漏率为2.95cm3·h-1。此时,其工作时间已超出美国石油学会和美国摩擦学家与润滑工程师学会制定的易挥发物逸出量控制标准下的密封寿命1400h,处于危险状态。结果表明,正确预测机械密封寿命是十分必要的。机械密封寿命预测方法的建立,为确定维修周期、保证设备安全可靠运行提供了依据。

机械密封摩擦副端面形貌的分形特性

介绍了表征粗糙表面形貌分形特征的Weierstrass-Mandelbrot函数式,分析了判断粗糙表面形貌分形特性的功率谱法和结构函数法。采用AF-LI型触针式表面轮廓测量仪测量了GY70型机械密封摩擦副端面的径向及周向轮廓曲线。利用结构函数法分析了端面轮廓的分形特性,通过计算得出动环端面径向和周向分形维数分别为1.293,1.291,静环端面径向和周向分形维数分别为1.288,1.283。研究结果表明,GY70型机械密封摩擦副动、静环端面轮廓均具有统计自仿射分形特性且各向同性。

基于Labview的机械密封试验数据采集系统

基于Labview虚拟仪器技术和GB/T14211-93《机械密封试验方法》规定的测试要求开发了机械密封试验数据采集系统。基于NIPCI-6221采集卡设计了数据采集系统的硬件构成,根据机械密封试验数据采集流程设计了数据采集的软件流程。对采集任务的设置和采样率的分配进行了详细分析,依据Labview的事件驱动划分了程序的功能模块,设计了仪器化的用户界面,介绍了采样原理、采集方法以及程序要点。试验表明该系统运行稳定、采集的数据可信,满足机械密封试验数据采集的要求。

接触式机械密封端面磨损预测

依据Archard黏着磨损理论,通过引入分形磨损系数及求解端面上塑性和弹塑性变形微凸体的体积,建立机械密封端面磨损分形模型。提出包含密封端面特征分形参数的特征工况参数新概念,并将其引入机械密封端面摩擦磨损相似准则关系式中,通过磨损试验,得到分形磨损系数准则关系式。对B104a-70型机械密封的磨损特性进行预测。结果表明:软质环端面分形磨损系数及磨损率均随着弹簧比压的增大而非性线地增大,但端面较光滑时,变化较小;端面形貌对磨损特性有着较大的影响,随着端面光滑程度的增大,分形磨损系数及磨损率均下降,且端面较粗糙时变化较明显。

机械密封磨合过程软质环端面形貌变化的分形表征

为研究和掌握机械密封磨合过程中软质环端面形貌的变化规律,在自制的机械密封试验装置上对2套B104a-70型机械密封进行了2种弹簧比压下的磨合试验,采用AF-LI型轮廓仪测量不同工作时段软质环的端面形貌参数,运用分形理论对磨合过程中表面形貌的变化规律进行表征研究。结果表明:软质环端面存在明显的磨合阶段,随着磨合过程的进行,分形维数D和特征分形参数τ*迅速增大,特征尺度系数G迅速减小,当进入正常磨损阶段后,它们都保持较稳定的数值,稳定值分别为D≈1.636、G≈5.7×10-9 m、τ*≈1 030μm。特征分形参数表征磨合表面变化规律的灵敏性高,表征效果好。端面载荷对端面分形参数的变化趋势无显著影响,且对进入正常磨损阶段后的端面分形参数的影响很小,但载荷大磨合期短,弹簧比压为0.15MPa和0.3MPa时,磨合时间分别约为170.5h和110.5h。

接触式机械密封端面经济加工分形维数

考虑端面形貌对机械密封性能和加工成本的影响,运用分形理论分析了端面分形参数与泄漏率之间的关系,提出了密封端面经济加工分形维数概念.针对GY-70型机械密封进行了密封性能试验和端面形貌参数测量,发现随着运行时间的推移,密封端面分形维数增大速率逐渐减小,泄漏率降低速率逐渐减小.当t为130 h时,泄漏率Q达到允许值5×10-6m3/h,D=1.645.结果表明:基于允许泄漏率的机械密封,具有一定的经济加工分形维数.合理设计密封端面分形维数可以避免盲目提高加工精度,缩短机械密封的磨合时间,实现初始密封.

机械密封微小形变图像测量系统像素当量的标定

在机械密封数字散斑微小形变图像测量系统中,像素当量的标定工作介于图像采集和处理之间;基于VC++2008MFC开发了图像像素当量标定系统;系统包含了抓图、图像的阈值分割、形态学处理、扫描检测标定块的边缘及线性回归分析功能;介绍了抓图软件的开发过程;编制了形态学的腐蚀、膨胀及开/闭运算的函数,使用这些函数实现了图像的形态学处理;在形态学处理后显示图像的基础上框选包含标定块的理想区域使用扫描法获取边缘信息;对获取的边缘信息进行线性回归分析拟合出标定块的上下边缘的直线方程,根据拟合出的方程求出两条直线间的距离,最后用标定块的实际宽度除以直线间的距离即为像素当量;运行结果表明获得了亚像素级别的像素当量,保证了后期使用DSCM方法计算微小形变的精度。

螺旋槽干气密封润滑气膜特性的数值模拟

应用计算流体动力学分析Fluent软件对螺旋槽干气密封润滑气膜特性进行数值模拟,得到气膜流动场的压力分布、泄漏量、气膜开启力等特性参数;模拟数据与试验数据进行比较,并分析两者存在误差的原因。结果表明,随着转速、介质压力的增大,螺旋槽干气密封气膜压力、开启力、泄漏量也增大;该模拟方法的模拟结果与实验结果基本一致,可用于螺旋槽干气密封的优化设计。

基于LabView的机械密封端面摩擦扭矩的测量方法

机械密封的端面摩擦扭矩是反映机械密封工作性能的重要参数,传统的接触式测量方法的测量结果具有很高的不确定度;为了提高测量精度,采用了扭矩信号的非接触式测量方法,介绍了非接触测量扭矩的原理和扭矩信号频率跟踪滤波的实现方法;对调理后扭矩信号分别采用了频率计数法和波形恢复测频法进行采集,并阐述了频率计数和波形恢复测频的原理与它们基于LabView的实现;对两种采集方法的部分实测数据进行了误差分析比较,结果表明,波形恢复测频法的测量精度较高。

机械密封端面微小形变图像采集系统设计

在机械密封数字散斑微小形变测量系统中,图像采集是必不可少的一部分;使用Matrox Solios ecl/xcl图像采集卡、BaslerA504KCCD相机及自主开发的外触发采集光电转速同步器构建了采集系统的硬件架构;基于VC++2008调用MIL9.0库函数开发了图像采集软件系统;为了满足不同的采集要求,该采集系统设置了静态及外触发两种采集方案;介绍了图采卡的采集模式、相机曝光的触发方式及如何配置DCF文件。给出了在VC++2008的MFC应用程序解决方案中采集软件的设计流程;给出了MIL对象的定义、初始化以及外触发采集的主要源代码;应用表明,该图像采集系统能很好地采集并保存完整清晰的图像,为后续的图像处理、分析工作奠定了基础。

基于LabVIEW的机械密封端面真实接触面积数值模拟

机械密封端面的真实接触面积对端面间的摩擦磨损特性和密封性能有着重要的影响;依据分形理论,考虑摩擦作用的影响,建立了机械密封端面无量纲真实接触面积的计算模型;基于LabVIEW编制了机械密封端面真实接触面积数值模拟程序,通过数值模拟计算得到了NHM70型机械密封端面间的无量纲真实接触面积A*r与端面比载荷pg、端面分形维数D及特征尺度系数G的关系曲线;研究表明,真实接触面积随着端面比载荷的增大而单调地非线性增大;随着特征尺度系数的增大先急剧减小,而后缓慢减小;随着分形维数的增大先增大,后减小,即存在一最佳分形维数,使密封端面间的真实接触面积最大。

基于AT89C2051单片机的机械密封试验数据采集系统

根据GB/T 14211-1993《机械密封试验方法》规定的测试要求开发了基于AT89C2051单片机的机械密封试验数据采集系统;数据采集系统由传感器、采集电路、串行通信控制器、组合电源和计算机等组成;详细介绍了组成机械密封试验数据采集系统的温度、转速、振幅、泄漏量、扭矩、弹簧力、介质压力和弹簧压缩量等参数的采集电路;基于AT89C2051单片机的机械密封计算机辅助试验数据采集系统实现了多参数同时测量、显示与记录,提高了数据采集的速度及同步性,避免了直接式仪表引起的人为读数误差;投资较低,可为机械密封产品的性能测试和揭示密封参数之间的相互影响关系提供有效手段。

激光加工工艺参数对硬质合金机械密封环端面微造型质量的影响

采用灯泵浦YAG—T50系列激光打标机对YG8硬质合金进行了端面螺旋槽微造型加工实验。研究了有效矢量步长、有效矢量步间延时、Q频率、激光电流等工艺参数对微造型加工质量的影响。结果表明,随着有效矢量步长的增大,槽深减小,表面粗糙度增大;随着有效矢量步间延时或Q频率的增大,槽深和表面粗糙度均减小;随着激光电流的增大,槽深和表面粗糙度均增大;YG8硬质合金表面激光微造型的最优加工工艺参数如下:有效矢量步长0.001mm、有效矢量步间延时60μs、Q频率为20kHz、激光电流16A。

基于ANSYS的硬脆性材料脉冲激光打标温度场数值模拟

随着激光加工技术的发展,硬脆性材料的激光加工成为国内外研究的热点。建立了硬脆性材料3D有限元模型,采用扫掠法对模型进行了网格划分,选择高斯分布的激光光源为热源模型,实现了硬质合金和碳化硅脉冲激光打标过程的数值模拟,得到了这两种材料的温度场分布。