（机械设计及理论专业论文）机械密封端面信息采集及应用.pdf

昆明理工大学硕士学位论文 摘要 机械密封是由至少一对垂直于旋转轴线的端面在液体压力和补偿机构弹力( 或磁力) 的 作用以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。机械密封使 用于许多场合密封各种流体，是当今泵和压缩机中流体密封的支柱。经过几代人的努力，机 械密封接触面间存在液膜这一事实早已为实验所证实，但对机械密封的润滑机理尚未完全搞 清，不能完全以设计参数来准确预测密封的运转性能。因此，对端面间摩擦工况及机理、端 面的温度分布、密封组件的动力学特性等进行研究，将对改进机械密封的设计意义重大。 针对机械密封的理论和试验研究现状，本文就机械密封的端面信息分类、机械密封端面 信息的理论分析和试验测试以及机械密封端面信息的应用等方面开展了研究工作。 在分析了目前国内外机械密封研究现状的基础上，本文第一次利用信息论的理论，对机 械密封的各种参数进行了分类，提出了机械密封静态信息和动态信息的概念，并就各种信息 的采集测试方法分别作了比较说明。 机械密封端面温度分布是影响机械密封性能的重要因素。本文在综合比较国内外端面温 度计算方法的基础上，提出了一种较为合理的端面温度计算方法，该方法改变了过去对热传 导角以及散热系数的经验设定，采用公式确定的方法，能针对不同密封摩擦副尺寸和操作上 况计算相应的系数，具有更强的说服力。通过在相同边界条件下对各种温度计算方法的结果 进行比较，该方法在节省时间效率的情况下，与试验测试结果更为接近，从而为机械密封端 面信息的理论计算提供了依据和比较。 温度的理论分析计算中由于边界条件的确定很难符合实际，试验测试依然是机械密封端 面温度研究的主要方法。本文在分析比较了各种温度测试方法后，选择了用热电偶来测量端 面的温度。把市场购得的罗钉热电偶经过改装，导入到背部钻有盲孔的静环中，便做成了本 文端面温度的测量装置。经试验证明，该方法制备的热电偶输出线性好，与理论输出最大误 差不超过9 。 端面扭矩是端面摩擦状态的直接反映，也是机械密封端面的重要动态信息之一。本文放 弃了目前国内外普遍采用的端面扭矩测量方法，对传统的机械密封结构进行了改装，设计了 一个既可安装静环，又可便于扭矩测量的带薄壁圆筒的压盖。本文中所用的在薄壁圆筒外圆 周对称贴上应变计来测量端面扭矩的方法，是一种新的端面扭矩测量方法。通过试验证明， 该方法制备的扭矩传感器输出线性好，能方便直观地观测端面扭矩的动态变化。 本文针对不同工况下对端面温度信息和端面扭矩信息进行了采集测量。对理论数据与实 验数据进行比较发现，两种温度结果的偏差只是理论温升的6 3 ，扭矩测量结果与理论结果 的偏差也仅是理论扭矩的5 8 ，说明了端面温度和端面扭矩测量方法的准确性和可行性。本 i 昆龋理工大学硕士学位论文 文还对瓿缀密鹭程无承摹鞋有拳嚣糖精嚣下的淦舞骰了对魄实验，蜜验结浆表疑，无承( 予瘁 擦) 状态下的温升增长率怒有水状态下的6 7 倍，而且温度呈现无限升高趋势：相比较而盲， 在有承狭态下，灞蔼溢升在4 分钟左右藏趋于稳定。这为迸一步稍蠲瀑舞增长率来翔繇溱蟊 的摩擦状态提供了一定的理论参考。 奉文对机械密封的端鬣信息滋行了综合考虑，研究了机械密瓣的静态信息与动态信惠的 潜在关系，利用润滑数l 考虑表蕊信息的特点，得到了涉及润滑数l 的濑升与端丽扭矩之间 的关系式。 最最，本文针对机械密封的端面信息( 如表颟根糙度、端面温度以及端丽扭矩等) 在热 变形计算、摩擦状态判断等方面的应用作了探索，为以搿的机械密封理论与试验研究提供了 参考。 本论文的主要工作和获得的主要成果为； ( 1 ) 铡用售惠涎的知识，螯次系统蠛对极被密鸷黔冬耱参数避行了分类，并簸各静端嚣 信息的测试方法以及研究现状作了简要的介绍。 ( 2 ) 综会国肉羚豹蠛露温度诗篓方法，挺出了一耱较为舍理豹滏度诗算方法。该方法在 需要确定温度的情况下能快速计冀出结果，摆脱了数值算法的繁琐性，同时又不失一定的准 确经。 ( 3 ) 在众多的温度测量方法中选择了用热电偶测取端面的温度。通过在不同工况下的实 验发现，翔热毫谯瓣溢方便、直接，特鬟适合褫械密嚣这释点状溢度溺爨。 ( 4 ) 对传统的机械密封结构进行改装，提出了一种新的端面扭矩测缀方法。该方法只是 倦助常焉豹电阻纛交片，避免了传统溺豢方法的繁琐和不准确栽，对磷究辊械密封静璃蕊摩 擦状态是一次新的尝试。 ( 5 ) 应用涉及端面糨糙度信息的润滑数对其有流体静压润滑和镦凸体接触的混合摩擦状 态下的摩擦系数遴彳亍了理论推导，并得到了温升与润滑数之间的关系式，为利用温升来判断 端丽的摩撩状态做了一定的探索性研究。 关键词：机械密封信息端面温度端面扭矩摩擦状态密封性能 l l 昆明理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t m e c h a n i c a lf a c es e a l sa r et h ee q u i p m e n t sc o n t a i n i n ga tl e a s tap a i ro fe n df a c e sp e r p e n d i c u l a r t oa x i so fr o t a t i o n ，w h i c ha r ew o r k i n gi nt h el i q u i dp r e s s u r ea n dt h ee l a s t i c i t yo fc o m p e n s a t i o n o r g a n i z a t i o n s ( o rm a g n e t i cf o r c e ) a sw e l la st h ec o o r d i n a t i o no fa u x i l i a r ys e a l st ok e e pi n t e g r a t i n g c l o s e l ya n ds l i d i n gr e l a t i v e l y ，t a k ea f f e c tt op r e v e n tl i q u i dl e a k i n g m e c h a n i c a lf a c es e a l sa r eu s e d t o s e a lv a r i o u sf l u i d so nal o to fo c c a s i o n s ，i ti st h ep i l l a ro ff l u i ds e a l si np u m pa n dc o m p r e s s o ra t p r e s e n t v i at h ee f f o r to f s e v e r a lg e n e r a t i o n ，t h o u g hi tw a sc o n f i r m e db y e x p e r i m e n t sl o n ga g ot h a t t h e r ei s l i q u i d f i l mb e t w e e nm e c h a n i c a ls e a l i n gc o n t a c ts u r f a c e ，t h el u b r i c a t i o nm e c h a n i s mo f m e c h a n i c a lf a c es e a l si s n 。ts t i l lm a s t e r e d t h ed e s i g np a r a m e t e rc a n tb eu s e dt of o r e c a s tt h e o p e r a t i o np e r f o r m a n c eo fm e c h a n i c a lf a c es e a l sa c c u r a t e l y t h e r e f o r e ，t h er e s e a r c hf o c u s i n go n t h e f r i c t i o no p e r a t i n gm o d ea n dm e c h a n i s m 、t h et e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i o n 、t h ed y n a m i c sp r o p e r t yo f s e a l i n ga s s e m b l yw i l lb es i g n i f i c a n ti ni m p r o v i n g t h ed e s i g no fm e c h a n i c a lf a c es e a l s a c c o r d i n gt ot h ep r e s e n tr e s e a r c hs i t u a t i o n s o fm e c h a n i c a lf a c es e a l si nt h e o r ya n dt e s t ，t h e w o r ks u c ha st h ei n f o r m a t i o nc l a s s i f i c a t i o n so fe n df a c e s ，t h et h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o n so ft h ef a c e i n f o r m a t i o no fm e c h a n i c a ls e a lf a c ea n de x p e r i m e n t a lm e a s u r e m e n ta sw e l la st h ea p p l i c a t i o no f t h e f a c ei n f o r m a t i o no fm e c h a n i c a ls e a lf a c ei sd o n ei nt h i sp a p e r o nt h eb a s i so fa n a l y s i sa b o u td o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lr e s e a r c hs i t u a t i o ni nm e c h a n i c a l s e a l i n g a t p r e s e n t ，v a r i o u sp a r a m e t e r s f o rt h em e c h a n i c a lf a c es e a l sa r ec l a s s i f i e d u s i n g t h e k n o w l e d g eo fi n f o r m a t i o nt h e o r y f o rt h ef i r s tt i m e t h ec o n c e p t so ft h es t a t i ca n dd y n a m i c i n f o r m a t i o no fm e c h a n i c a l s e a l i n g a r e p u tf o r w a r d ，a n dt h e m e a s u r e m e n tm e t h o d so fv a r i o u s i n f o r m a t i o na r ea l s oc o m p a r e dr e s p e c t i v e l y t h e t e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i o no f s e a lf a c ei sa ni m p o r t a n tf a c t o rt h a tc a na f f e c tt h ep e r f o r m a n c e o fm e c h a n i c a ls e a l i n g i nt h i sp a p e rak i n do f r e l a t i v e l yr e a s o n a b l et e m p e r a t u r ec a l c u l a t i o nm e t h o d w a sp u tf o r w a r do nt h ec o m p r e h e n s i v ef o u n d a t i o no ft h ed o m e s t i ca n di n t e m a t i o n a lt e m p e r a t u r e c a l c u l a t i o nm e t h o d s t h ec o n v e c t i o nc o e f f i c i e n ta n dh e a tf l o wp a t hd i r e c t i o na r es p e c i f i e db ym e a n s o ff o r m u l ac a l c u l a t i o nr a t h e rt h e na r t i f i c i a ls e t t i n gi nt h i st e m p e r a t u r ec a l c u l a t i o nm e t h o d ，i nw h i c h t h e p a r a m e t e r s c a l lb ec a l c u l a t e da c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n c eo fs t r u c t u r e s i z ea n do p e r a t i o n c o n d i t i o n c o m p a r e dw i t hr e s u l t so fo t h e rt e m p e r a t u r ec a l c u l a t i o nm e t h o di n i d e n t i c a lb o u n d a r y c o n d i t i o n t h er e s u l to ft h i sm e t h o di sm o r ec l o s et ot h er e s u l to ft e s tu n d e rt h ec o n d i t i o no fs a v i n g t i m e t h e r e f o r e ，t h em e t h o do f f e r st h eb a s i sa n dc o m p a r i s o nf o rt h et h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o no f t h e f a e ei n f o r m a t i o no f m e c h a n i c a ls e a l 1 i i 。 垦婴銎墨查堂堡杰堂些堡兰 e x p e r i m e n t a lm e a s u r e m e n ti ss t i l lt h em a j o rm e t h o do ft h et e m p e r a t u r er e s e a r c ho fs e a l i n g f a c eb e c a u s et h ed e t e r m i n a t i o no ft h e b o u n d a r yc o n d i t i o n si sd i f f i c u l t 梅a c c o r dw i t ht h er e a l i t yi n t h et e m p e r a t u r et h e o r e t i cc a l c u l a t i o n t h e r m o c o u p l ew a ss e l e c t e dt om e a s u r e t 1 1 et e m p e r a t m eo fe n d f a c eo nt h eb a s i so fc o m p a r i s o no fv a r i o u s t e m p e r a t u r e t e s tm e t h o d si nt h i s p a p e r _ a f t e ra t h e r m o c o u p l ep u r c h a s e df r o mm a r k e tw a s r e t i r e da n df i x e dt ot h es t a t o rw h oh a st w oh o l e so i lt h e b a c k ，t h et e m p e r a t u r es e n s o r o t a sg o t i ti sp r o v e db ye x p e r i m e n tt h a tt h eo u t p u tt i n e a i i t 3 1o ft h e t h e m m c o u p l e i sg o o da n dt h eb i g g e s te r r o rc o m p a r e dw i 也t h e o r e t i c a l o u t p u td o e s n o te x c e e d9 t h e t o r q u eo f e n df a c ei st h ed i r e c tr e f l e c t i o no ft h ef r i c t i o ns t a t eo fe n df a c ea n da l s of i n eo n e o fi m p o r t a n td y n a m i ci n f o r m a t i o no fm e c h a n i c a ls e a lf a c e 。an e wk i n do f t o r q u em e a s u r e m e m m e t h o dr a t h e rt h a nt h ep r e s e n tt o r q u em e a s u r e m e n t t e c h n i q u ew a sa p p l i e dt om e a s u r e t h et o r q u eo f m e c h a n i c a ls e a l i n gf a c ea f t e rh a v i n gr e f i t t e dt h et r a d i t i o n a ls t r u c t l l r ei nt h i sp a p e r 。al i dc o n t a i n i n g at h i nw a l lc y l i n d e rw a s d e s i g n e d t oi n s t a l ls t a t o ra n dm e a s r r et o r q u e t h em e t h o dw h o p a s t e ss t r a i n g a u g es y m m e t r i c a l l yo u t s i d et h i nw a l lc y l i n d e r t om e a s r r et h et o r q u eo fe n df a c ei nt h i sp a p e ri sa k i n do fn e w t o r q u em e a s u r e m e n tt e c h n i q u e i tw a sp r o v e db yt e s tt h a tt h eo u t p u ti i n e a r i l yo ft h e t o r q u es e n s o r i sg o o da n dt h et o r q u es e n s o rc a nb e a p p l i e d t oo b s e r v et h ed y n a m i cc h a n g eo f t o r q u e i n t u i t i v e l y t h e t e m p e r a t u r e a n d t o r q u e o f e n d f a c e 麓锶m e a s u r e d t r a d e r t h e c o n d i t i o n o f s e v e r a l d i f f e r e n t o p e r a t i o nm o d eb ym e a n so fm e a s u r e m e n tt e c h n i q u em e n t i o n e di np r e c e d i n gc o n t e x t ，c o m p a r e d w i t ht h et h e o r e t i c a lr e s u l t ，t h ed e v i a t i o no ft e m p e r a t u r ea n dt o r q u em e a s u r e m e n ti sj l i s t6 ，3 a n d 5 8 r e s p e c t i v e l y 。w h i c hc e r t i f i e dt h ef e a s i b i l i t ya n da c c u r a c y o f t h e s em e a s u r e m e n tt e c h n i q u e - t h e t e m p e r a t u r e t e s tw a sa l s od o n eu n d e ra n h y d r o u sa n dw a t e r r e s p e c t i v e l y ，i t w 鑫ss h o w e db yt e s tr e s u l t t h a tt h er a t eo ft e m p e r a t u r er i s eu n d e ra n h y d r o u si s6 7m o r et i m e st h a nt h a t u n d e rw a t e r 。 c o m p a r e dw i t ht h el i m i t l e s s l yr i s e u n d e ra n h y d r o u s ，t h et e m p e r a t u r et e n d st os t e a d ya r o u n d4 m i n u t e su n d e rw a t e r 。at h e o r yr e f e r e n c ew a s o f f e r e dt oj u d g et h ef r i c t i o ns t a t eb yu s i n gt h er a t eo f t e m p e r a t u r e r i s e t h i s p a p e ra n a l y z e d t h ef a c ei n f o r m a t i o no f m e c h a n i c a l s e a l sc o m p r e h e n s i v e l ya n ds t u d i e d 也e l a t e n tr e l a t i o nb e t w e e nt h es t a t i ci n f o r m a t i o na n dd y n a m i ci n f o r m a t i o n ar e l a t i v ef o r m u l a b e t w e e n t e m p e r a t u r er i s ec o n c e r n e d w i t hl u b r i c a t i o nn u m b e rla n dt h et o r q u eo fe n df a c ew a sg 。 b yt h e a d v a n t a g eo f s u r f a c ei n f o r m a t i o nc o n t a i n e di nl u b r i c a t i o nn u m b e r l f i n a l l y 。氆a p p l i c a t i o no f t h e f a c ei n f o r m a t i o n ( s u c h 瑟s u r f a c er o u g h n e s s 、t h et e m p e r a t u r eo f e n df a c ea sw e l la 8t h et o r q u ee t c ) 0 nt h ec a l c u l a t i o no f h e a td e f o r m 、t h e j u d g m e n t o ff r i c t i o nm o d e e t c 硪舔d i s c u s s e d 。w h i c ho f f e rt h er e f e r e n c ef o rt h ef o l l o w i n gt h e o r e t i c a la n dt e s t r e s e a r c ho f 昆明理工大学硕士学位论文 m e c h a n i c a lf a c es e a l s t h ew o r kd o n ea n dt h em a j o ra c h i e v e m e n to f t h i s p a p e r a r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) v a r i o u sp a r a m e t e r sw a sc l a s s i f i e ds y s t e m a t i c l yf u rt h ef i r s tt i m eb yu s i n gt h ei n f o r m a t i o n t h e o r y ，a n dt h em e a s u r e m e n tt e c h n i q u ea sw e l la sr e s e a r c hs i t u a t i o no ft h ev a r i o u si n f o r m a t i o n sw a s i n t r o d u c e d b r i e f l y ( 2 ) ak i n do fr e l a t i v e l yr e a s o n a b l et e m p e r a t u r ec a l c u l a t i o nm e t h o dw a sp u tf o r w a r do nt h e c o m p r e h e n s i v eb a s i so fd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lt e m p e r a t u r ec a l c u l a t i o nm e t h o d s ，b yw h i c ht h e t e m p e r a t u r e c a i lb ec a l c u l a t e dr a p i d l ya f l y t i m eo nt h ec o n d i t i o no f a c c u r a c y ( 3 ) t h e r m o c o u p l ew a ss e l e c t e d t om e a s u r et h et e m p e r a t u r eo ft h ef a c e ，i tw a sd i s c o v e r e d t h r o u g h t h e e x p e r i m e n t u n d e rd i f f e r e n t o p e r a t i n gm o d et h a t t h e t h e r m o c o u p l e i ss u i t a b l et o m e a s u r i n g t h ep o i n tt e m p e r a t u r ea tt h ea d v a n t a g eo f f a c i l i t ya n di m m e d i a c y ( 4 ) ak i n do f n e w t o r q u em e a s u r e m e n tt e c h n i q u e w a s p u tf o r w a r d o nt h eb a s i so ft h er e f i t t m e n t o ft h et r a d i t i o n a ls t r u c t u r e g e n e r a lr e s i s t a n c es t r a i ng a u g ew a su s e di nt h i sm e t h o dw h oa v o i dt h e f u s s ya n di n a c c u r a c yi nt r a d i t i o n a lm e a s u r e m e n tt e c h n i q u e ，w h i c h i sal a e wa t t e m p to nt h es t u d yo f f r i t i o nm o d e ( 5 ) t h ef r i c t i o nc o e f f i c i e n tu n d e rm i x e d - l u b r i c a t i o nw a si n d u c e db yt h e l u b r i c a t i o nn u m b e r c o n c e m e dr o u g h n e s si n f o r m a t i o n ar e l a t i v ef o r m u l ab e t w e e nt e m p e r a t u r er i s ea n dl u b r i c a t i o n n u m b e rw a s g o t ，w h i c h i sa e x p l o r eo nj u d g i n g t h ef r i c t i o ns t a t eu s i n g t e m p e r a t u r er i s e k e y w o r d s ：m e c h a n i c a lf a c es e a l ，i n f o r m a t i o n ，t h et e m p e r a t u r eo fs e a lf a c e ，t h e t o r q u eo f s e a lf a c e ，f r i c t i o n t o r q u e ，t h ep e r f o r m a n c e o fs e a l i n g v 昆明理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下( 或 我个人) 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内 容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成 果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：期。j 三 日期：渺年月日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解昆明理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅，学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印或其他复制手段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守) 导师签名：三陋论文作者签名：鱼坠立 日期：兰型鞋二孚扯 昆明理工大学硕士学位论文 主要符号表 d 发散系数，uf 2 r o k t f h 液膜厚度 r e 雷诺数 p r 一普郎特数 r 半径坐标 b 粘温系数 t 剪切应力 u 旋转角速度 u 液体运动粘度 a 面积 c 物体热比容 b 平衡面积比 e 拉压应变 q 热流密度 下标： f 一密封液体； i 内半径 o 外半径 l 静环端面 2 动环端面 3 动环与液体接触表面 。一几何准数，r o h i s i n 2m k 物体的导热系数 n u 努赛儿数 t a 泰勒数 a 散热系数 o 拉压应力 p 物体密度 u 液体动力粘度 x 泊松比 p 压力分布 t 扭矩 v 体积 卜摩擦系数 q 生热量 v i 昆明理工大学硕士学位论文 热一章 1 1 机械密封概论 第一耄绪论 机械密封是由至少一对垂盥于旋转轴线的端面在液体压力和补偿机构弹力( 或磁力) 的 乍矮醴菠辘瓒密瓣戆配合下僳簿魑合并籀对淆动丽稳藏鲢茨丘流体滏漏豹装鲞嘲 嚣动态售惠( 蠡溢度，瘁濂状 态和扭矩蒋) 。遂些因素并不是相互独立，各不相干的，它们相甄影响和制约，共同决定着 檄藏密封豁毪能与胃靠毪。首先，要确豫帮维持密封疆静精度，在摄大静程度上依赖与构成 密封面材料的特性。同时，密封副在相同的工况下，其运行性能还很大襁度上取决于端狮几 筒信意，翔锥度耧波度等，有望建人为静设诗，丽有些_ 并不以入豹意志为转移，是力变形和 热变形综合作用的结果。一般情况下所考虑的流体静压载荷的大小是由密封面间径向锥度的 蛹面形状确定的，它是流体压力裁荷的主要部分【6 鄙：丽端面波艘，它会产生流体动 i i 效应， 资助于实现端面分离。 至于机械密封摩擦割的动态信息，怒目前机械密封研究者正在积极探索的问题，如摩擦 割的温于 、密封端蕊和摩擦磨损以及摩擦妞矩等。 ( 1 ) 机械密封寓际工作时，最关键的参数是端面温度。端面温度的高低直接或间接地反映 出密封露闻流体黢提态帮端嚣摩擦状态，所以在生产实际中，为忑确选择密鸷及分析密封失 效原因，需要正确地确定机械密封工作时的端面温度值。 掘擞整鸷巧滋度场黪诗算，慰分援掇械密封淫l 极为重要，零克蠢( 、李红等怒解撰法诗 算了密封环内的温度分布 9 1 ；p a s c o v i c i 和e t i s i o n 簿建立了全流体润滑状态下的密封环端而温 发解毒厅方法【1 0 1 ；笨孝平等天在p a s c o v i c i 秘e t i s i o n 等天的基醚上，建立了逶台溪台摩撩获态 下的端面温度解析解【1 2 1 ：陈文毅、法金元等利用有限元法计算了密封环的温度场。p a r v i z m e r a t i 等瓣裔弼较 睾f l u e n t 、e f d 对密嚣环静滠度场、密封黢蠢流薄豹温度场及流场游行 了计算和分析；陈利海等人开发出了机械密封温度场可视化计算软件m f s c a d ：彭旭东簿人 掇出了鲻褥平均溺度计冀法( 简算法) 【 q 堪】。 但由于机械密封结构多种多样、使用场合千箍万别，要对机械密封的端面温度进行精确 的理论分析还存在很多困难，特别是边群条件的确定狠难完全符台实际，函此，迄今为止， 理论分析计算的皴果还不能完全让人信服，实验测量依然是机械密封端蕊温度研究的主要方 法。在实验研究中，t p w i l l 在密封环内埋设热电偶，测量了密封端面滠度，径向梯度、轴 囱梯度分蠢，以及靠近密封端面的液体淤度；后来，d o a n e 等在密封环内埋设诲多热电偎也 测量了密封端面的温度及藏梯度；p h i l l i p s 等在一个实质为泵装置的密封中埋设热电偶，闲一 静更接避测量结爨的数俊方法髂诗了努赛尔数；a l a n0 。l e b e c k 等人对飒械密封中密鸷膝惑 的液流温度在径向和轴向构成的平面上进行了移动测蹩，也测量了静止匹配圈内的温度 1 9 l 【姗。在国悫，王玉弱麓透过农薤寒静繇臻瑟l m m 左蠢处埋设热敏奄阻难螺麓攘滚体动压 非接触式机械密封的端面温度进行了测镦。李红、朱孝平、宋鹏云等都利用在静环内埋设热 昆明理王大学硕士学位论文第一奄 电偶对机械密封端面温度进行了测定口“。朱孝平还利用热电偶对在变工况条件下的机械密封 潦嚣溢凄邂李亍了魂态溺羹p “，结莱表黉：灞面滠菠能及辩反映工况豹交化清况，澍幂瞒甏温 度的变化趋势能判断端面摩擦状态的变化。 犯，飘函内势文献资辩来看，广大密封研究者普遍都认可机械密封摩擦戳闯存在流体膜， 对其产生原因己无甚争议，但对机械密封的承载和润滑机理却尚无定论。流体静力、流体动 力和边界润滑是3 个最主要的润滑模型，而考虑端面闯的汽亿、空化及微凸体接触与以+ 。t - 3 种模型相结合进行综合的计算机化研究是近年研究的趋势，这是因为人们已经意识到机械密 封的运行舆有随机性，端面接触状况非常复杂，试图用单独某一种模型采全面解释机械密封 的润滑和密封机瑷是不切实际魄。s u m m e r s s m i t h 等已证明在一定条件下，端蟊不能运转于 完全分离状态，而是处于混合摩擦状态；l e b e c k 提出了一种两维模型，考虑了流体动力、静 力、表蘧波度和粮糙度及徽凸俸接触及空化：t o u m e r i e 等选对这搀魄综合模型邋l 亍了计箕壤 模拟研究：e l r o d 、p a t i r 及c h e n g 提出的模型在求解雷诺方程中，引入表面特性随机过程分析 参数，褥到了婊赖于表硬糖糙度戆淄瑟滚貘滚动豳素，隧戆l e b e c k 瞧采爝了随捉分毫厅法寒艇 压力方程和流动方程。目前，判断端面摩擦状态的依据，一是膜厚、膜压大小，二是端面温 爱，蠢委零霭夔方法是蒎援摩擦系数( 或瘁擦褪短) 镶采爨叛( 帮与s o m e r f e l d 或g u m b e l 煞黪攘 特性图) 相比较【3 3 l i ：5 5 j 。 f 3 ) 臻瑟拯矩怒壤蟊摩擦状况豹直接爱跤。秘躐密封蠛嚣摩擦疆矩鹃溺量嚣蘑主要采鲻的 是支反力法和传递法【3 1 】。迈尔 5 】、刘志国、王春扬等采用支反力法对端耐摩擦扭矩进行t n 4 美。在可转动密封腔上设嚣测力释，著馒之乎# 用予载蘅终感器上，由踅测得j 霾矩。僵是，密 封腔旋转支承的摩擦会影响测试精度，所以对旋转支承要求极高，刘志圈、王眷扬采t e j 了空 气轴承。采用传递法测量揠矩的仪器小巧轻便，糖矩传感器可以赢接串羧裂传动系统中，而 无须改变机械系统结构，n n i n 爨结果真实。戈建志【”】、孙见君、宋鹏云等采用扭矩传感器 对摩擦扭矩进行了测量。是宗样等通过对比试验验证了幽支反力法和传递法得到的端面摩擦 系数较为接近，丽传递法则较为简便| j “。 机械密封自从上个世纪6 0 年代问世以来，已得到较为迅猛的发展，取得了长足的进步。 枧械密封瓣磅究者经过不馁的努力，已对机械密封的理论以及实骏傲了大量的研究，有些己 取得了丰厚的成果，转化为实际生产技术，为社会创造了巨大的财富。但从上述机械密封研 究来看，从未有人系统圭| 燕提出极城密封壤覆信患壤念，著从信息论鲍角度来诠释枧械密封端 i 百j 信息和进行系统地机械密封端两信息研究，也就是说，信息概念的提出在机械密封的研究 领域还是第一次。敷往弱蘑舅究要么是在强调某些方覆毽索戆蔻提下忽略其它方磋麴因素，要 么是对理论推导作了某些假设，即使在实验研究方面，大多数研究者也只是注重机械密封端 昆明理王大学硕士学位论文撒章 筒的某些参数，丽撇开了其它参数。而机械密封作为许多复杂信息的综合体，单纯从某个方 鬣或霆度去研究帮是不合实际静，只有觚信息论豹角度，系统全鬣遗了解机械密封豁端霜信 息，才能全面揭示机械密封的舆秘，最终为生产灾际所用。 1 4 论文工作的提出 通过以上的介绍不难发现，机械密封的研究还存在着很多不足。 到强翦为止，还未鸯人系统娥提出极；棱密越蠛蘧售爨的概念；针对极城誊瓣螨嚣信息熬 实验研究( 如摩擦状态、端面扭矩等的戡接有效测量方法) ，方法也不尽完善，还需要广大 密封醪究蠢李塞辛勤载汗零。捉缀密羹磷究匏主簧不是袭瑗在： ( 1 ) 摩擦状态的研究还大多间接利用状态监测的方法，虽然测试方法有一定的进展，但 该溺试技术需攀熬穗应懿逛声激灏按术，传感嚣技术爨我售号楚疆技术，不够方便壹接。 ( 2 ) 至于端阿扭矩的测量，还主要使用扭矩传感器，测出运行时的扭矩再减去空载时的 瓤矩才褥壅溃瑟掇矩酶大小，一方面，该方法不够囊按，面显崮予正常运行时与空载时麓工 况并不相同，致使结果出现很大的偏差，准确性使人置疑；另方面，该测量方法增加结构 复杂瞧。 端面温度和端面扭矩是机械密封摩擦状态的童接反映，如能赢接有效地测量这些密瓣参 数，将使密封设计者很好地改进密封结构设计，改良润滑条件，减少端筒的摩擦和磨损，显 著地提高密封使用寿命。但在目前完全解决这些闻题，照然并不可能，遮需要密封研究者不 断地实验。本论文研究的目的旨在通过对机械密封端面信息的归纳和研究，并结合传统密封 结构的恰当改装，以便能很好地测量采集至4 端西扭矩和激度等动态信息，更好媳硬究端蕊密 封的摩擦状态与漱升的关系。 1 5 本论文的盎要工作 为了能有效辘了解璇嚣温发颤及端灏箍矩，研究密瓣端面静摩擦袄态，从蕊有效地控割 端面摩擦、磨损，显著提高密封的使用寿命，本论文的主要研究内容如下： ( 1 ) 密封端两信息的采集与处理： 端西温度测掇的方法和手段研究( 理论分车斥与实验研究) ； 端面扭矩测艇的方法和手段研究( 理论分析与实验研究) ； 扭键与温度傣息的采集与处理研究。 ( 2 ) 端面信息的应用： 蠛磁滠手 与蠛嚣扭艇之闻懿芙系磺究： s 昆明理工大学硕士学位论文 第一章 端面静态信息在选材、设计等方面的应用： 端面温度以及端面扭矩在状态监测以及摩擦状态判断等方面的应用。 本章小结 本章首先对机械密封以及机械密封的研究现状作了简要的介绍，并提出了机械密封端面 信息的概念，然后通过分析得出目前机械密封研究所存在的不足，从而提出了本论文所要进 行的研究工作。 昆明理 ：大学硕士学位论文 撒一章 第二章机械密封端蘑信