基于分形理论的接触式机械密封泄漏模型
接触式机械密封基本性能研究进展_於秋萍
3 泄漏特性研究进展
虽然接触式机械密封的寿命和密封可靠性由于 材料科学和制造技术的不断进步而大大提高，但在 工业应用中其失效仍很普遍［42］，不仅导致了物料流
失、能源浪费，还引起了燃烧、爆炸等。泄漏是失效
用合适的参数表征密封端面的摩擦特性，可 以掌握其摩擦磨损过程中的变化规律，对于改善 其摩擦性能、减少磨损有重要意义。主要的表征 参数有摩擦系（ 因） 数、工况参数、磨损率（ 量） 等。
Summer-Smith 在第一届国际流体密封会议上 提出用轴承特性系数表示机械密封的摩擦特性， 并探讨了机械密封摩擦副的摩擦系数、磨损率与 工况参数的关系［3］。Mayer 根据多年研究成果， 总结出不同材料的机械密封在水、柴油和 MobriOil-Arctic 油中的摩擦、磨损曲线以及密封端面温 度的计算方法，并认为可以按照摩擦系数将机械 密封端面的摩擦分为边界摩擦、混合摩擦、流体摩 擦等［4］，Lang 的观点与此相似，只是划分摩擦状 态的摩擦系数值与 Mayer 不同［5］。陈 国 桓 则 认 为，应该以工况参数 G 值来划分机械密封端面的 摩擦状态： G ＞ 1 × 10 － 6 为流体摩擦； 2 × 10 － 8 ＜ G ＜ 5 × 10 － 8 为边界摩擦； 5 × 10 － 8 ＜ G ＜ 1 × 10 － 6 为 混合摩擦［6］。Lebeak 在讨论了混合摩擦区平行 面承载的理论和试验问题后，作出了具有明显转 折点的 f － G 曲线［7］，并于几年之年推导出了几种 混合摩擦模型的工况参数与摩擦系数的关系 式［8］。顾永泉在分析 f － G 关系后，提出了可供机 械密封设计计算使用的临界工况参数的新概 念［9］，指出采用临界工况参数确定机械密封的其 它参数，有利于实现机械密封的低摩擦磨损运行。
接触式机械密封寿命预测方法
第１ ２期
化
工
学
报
Ｖｏ１ ９ Ｎ ｏ ２ ．５ ．１
２０ 年 １ ０８ ２月
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｏ Ｃｈ ｍｉａ Ｉ ｄ ｓｒ ａ ｄ Ｅｎ ｉｅ ｒ ｇ （ ｉａ ｏ ｒ ａ ｆ ｅ ｃｌ ｎ ｕ ｔｙ ｎ ｇｎ ｅｉ Ｃｈｎ ） ｎ
Ｄｅ ｅ ｅ ２ ０ ｃ ｍｂ ｒ ０ ８
。 京化 工 职业 技 术学 院 流 体 密 封 与 测 控 技 术 研 究 所 ，江 苏 南 京 ２０ ４ ） 南 １０ ８
摘 要 ：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 Ｎ ｖｅ－ｔｋｓ方 程 ，建 立 了基 于 允 许 泄 漏 率 的 机 械 密 封 寿 ａ ｉ Ｓｏ ｅ ｒ 命 预 测 方 法 。运 用 这 一 方 法 ，对 工作 在 柴 油 泵 中 的 １ ８型 机 械 密 封 进 行 了 寿 命 预 测 。研 究 发 现 密 封 介 质 压 力 为 ０ ０ ８ＭＰ ，端 面 比载 荷 为 １ １ＭＰ ，工 作 １ ５ ０ ． ａ ． ａ １ ０ ｈ的 １８型 机 械 密 封 ，软 质 环 端 面 形 貌 Ｄ一 １ ５０ ，Ｇ一２ ０ ９ × ０ ．６７ ．２８
中 图分 类号 ：ＨＴ １ ６ ３ ；ＴＨ １ １ １ ６ ．４ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：０ ３ 一 ｌ ５ （ ０ ８ １ — ３ ９ —０ ４ ８ １７ ２ ０ ） ２ ０ ５ ６
Ｐｒ ｄ ｃ ｉ ｅ ｌｌｆ ｏ ｏ ａ ｔｍ ｅ ｈａ ｃ ｌｓ ａ ｓ ｅ ｉ ｔｎｇ ｓ ａ ｉｅ ｆ ｒ ｃ ｎｔ ｃ ｃ ｎｉ ａ ｅ ｌ
基于分形几何的表面微观形貌模拟及粘着弹性接触计算研究
湖北 武 汉 ４ ０ ３ ） ３０ ０
（ 军工 程 大 学船 舶 与 动 力 工程 学 院 海
摘要 ：基 于 Ａ ｓ ｓ Ｂｒ ａ 出的 推广 的 Ｗ・ 函数 对具 有 分 形 特征 的 粗 糙 表 面进 行 仿 真模 拟 ，分 析 了 函 数 中与 ｕｌ 和 ｅ ｎ提 ｏ ｍ Ｍ 尺 度无 关 的特 征参 数对 表 面微 观形 貌 的物 理 意义 。 同时 ，基 于 Ｙ ｎ和 Ｍ ｕｉ的 理论 研 究 ，用 模 拟 的 分 形 表 面 建立 了考 ａ ａｇ ｓ 虑 表面 效应 的 弹性 接触模 型 ，通过 数值 方 法对 整个 过 程进 行 迭代 求 解 ，得 到 了两接 触 面在 不 同 的接 触条 件 下各 个接 触 斑
ｆｃ ｓｗａ ｒｐ ｓ ｄ ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｏｕ ｉｎ ｐ ｏ ｉｅ ｙＹａ ｎ ａ ｇ ｓ Ａ ｕ ｒｃ ｔｒｔ ｎ ｓ ｈ ｍｅ ｗａ ｓ ｄ ｔ ｏｖ ｏ ａ ｅ ｓｐ ｏ ｏ ｅ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｓｌ ｔ ｒ ｖｄ ｄ ｂ ｎ ａ ｄ Ｍ ｕ ｉ ． ｎ ｍｅ ａ ｉ ａｉ ｃ ｅ ｓｕ ｅ ｏ ｓｌｅ ｆｒ ｏ ｉ ｌ ｅ ｏ
ｒｐ ｙｗａ ｌ ｃｄ ｔｄ Ｔ ｋ ｎ ｃ ｏ ｎ ｆｓ ｒａ ｅ ｅｆｃ ｎ ｃ ｎ ａ ｔｉｔｒａ ｅ，ｌｓｉ ｏ ｔｃ ｄ ｌｆｒｓｍｕａｅ ｒｃａ ｕ － ａ ｈ ｓｅｕ ｉ ａｅ ． ａ ｉｇ ａ ｃ ｕ ｔｏ ｕ ｃ ｆ ｔｉ ｏ ｔｃ ｎｅ ｃ ｅａ ｔ ｃ ｎａ ｔｍｏ ｅ ｏ ｉ ｌｔｄ ｆａ ｔ ｓ ｒ ｆ ｅ ｆ ｃ ｌ
Ｆ ｎ ｉ Ｘｉ ｉｎ ｅ ｇ Ｌ ｅ Ｐｅｌ ｉ （ ｃｏｌ ｆ ｈｐｉｇａｄＰ ｗ ｒ ｎｉｅｒ ｇ Ｎ ｖｌ ｎｉｅｒ ｇＵ ｉ ｒ ｔ， ｈ ｎＨ ｂｉ ３０ ０ Ｃ ｉａ Ｓｈｏ ｏ ｉ ｎ ｏ ｅ ｇ ｅ ｎ ， ａａ Ｅ ｇ ｅｉ ｎｖ ｓｙ Ｗｕａ ｕ ｅ４ ０ ３ ， ｈ ） Ｓ ｐ ｎ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｎ ｅｉ ｎ
接触式机械密封端面微凸体变形特性研究
（ ． ｏｈ ｅｏ Ｍ （ ａ ｉ ｌ ｎ ｏ （ Ｅ ｇｎ ｅ ｎ ．Ｎ ｎｉｇ Ｕ ｉｅ ｉ ｆ ｅｈ ｏ ｇ ．Ｎ ｎｉ ， ｉ ｇｕ２ ０ ０ Ｃ ｉａ ． ａ ｊ ｇ Ｅ ｇ・ Ｉ Ｃ ｌ ｇ ｔ ｅ ｈ ｎｅ ｄ Ｐ ｗ一 ｎ ｉｅｆ ｇ ａ ｊ ｎ ｒ ｌ ｏ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｙ ａ ｊ ｇ Ｊａ ｓ １０ ９， ｈｎ ；２ Ｎ ｎｉ ｎ ｉ ’ ａａ １ ｉ ｎ ｖ ｓｙ ｏ ｎ ｎ ｎ … ＿ ｃｅ ｒ ｅ ｌｒ ｎ Ｍｅｈ ｎ ａ Ｓ ａ，Ｎ ｎｉｇＣ ｌ ｇ ｆ ｈ ｍｉ ｌ ｅ‘ ｏ ，Ｎ ｎｉｇ ．ａ ｇｕ２ ４ ，Ｃ， ａ ｒ］ Ｐ ｓａｃ Ｃ ｎ ｃ ａ ｉ ｌ ｅ ｌ ａ ｉ ｏ ｅ ｅｏ ｅ ｃ ｔ ｎ ｈ ｙ ａｊ ， １ ｎ ｓ ０ ８ Ｉ ） １ ｔ ｇ ｈ ｅｆ ｉ ｃ ｎ ｌ Ｃ ａＴ ｈ ｇ ｎ ｉ １ ０ ｉ ｎ
摘
要 ： 据分 形理论 ， 依 考虑 摩擦作 用的影 响 ， 分析 了接 触式机 械 密封摩擦 副 端面微 凸体 的 变形
特性； 得到 了端 面微 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 ， 面间微 凸体 弹 端
性接 触 面积 、 弹塑性接 触面积 、 塑性接 触面积 以及 弹性接 触 面积 比 的数 学表 达式． 用数值 仿 真 方
Ａｂｓｒ ｃ ： ａ ｎ ｃ ｏ ｎ ｆｔｅ ｉ ｆ ｅ ｃ ｆｆｉｔ ｎ，ｔ ｅ ｄ ｆ ｒ ｔｏ ｒ ｐ ｒｙ ｏ ｈ ｎ ａ ｅ ａ ｐ ｒｔ ｆ ｔａ ｔ Ｆ ｋｉｇ ａ ｃ ｕ ｔｏ ｈ ｎ ｕ ｎ ｅ ｏ ｃ ｉ ｌ ｒ ｏ ｈ ｅ ｍａｉｎ ｐ ｏ ｅ ｔ ｆｔ ｅ ｅ ｄ ｆ ｃ ｓ ｅ ｙ ｏ ｏ ｉ ｃ ｎ ａ ｔｍｅ ｈ ｎｃ ｌｓ ａｓｗａ ｎ ｌｚ ｄ ｂ ｒ ｃａ ｈ ｏ ｙ Ｔｈ ｔ ｅ ｔ ａ ｘ ｒ ｓｉ ｎ ｆｔ ｅｃ ｉｉａ ｌｓ ｏ ｔｃ ｅ ａ ｉａ ｅ ｌ ｓａ ａｙ ｅ ｖ ｆａ ｔｌｔ ｅ ｒ ． ｅｍａ ｈ ｍａ ｉ ｌｅ ｐ ｅ ｓｏ ｓｏ ｈ ｒｔ ｌｅａ — ｃ ｃ ｔ （ ｆｒ ｔ ｎ １ｏ ｍａｉ ｍｉｒ —ｏ ｔｃ ｒ ａ． ｃ ｉｉａ ｐ ａ ｔ ｅ ｒ ａｉｎ ｍｉｒ — ｏ ｔｃ ａ ｅ ｅ ｏ ｃ ｏ ｃ ｎａ ｔ ａｅ ｒｔ ｌ ｌｓｉ ｄ ｆ ｍ ｔｏ ｃｏ ｃ ｎａ ｔ ｒ ａ． ｅ ａ ｔ ｏ ｔｃ ｒ ａ ｃ ｃ ｏ ｌｓｉ ｃ ｎ ａ ｔａ ｅ ｃ ｂ ｔ ｅ ｎ —ａ ｅ ，ｅａ ｔ — ｌｓｉ ｏ ｔｃ ｒａ，ｐ ａ ｔｃ ｃ ｎ ａ ｔａ ｅ ｅｗｅ ｎ ｅ ｄ ｆｃ ｓ ｌｓｉ ｐ ａ ｔｃ ｃ ｎ ａ ｔａ ｅ ｃ ｌ ｓｉ ｏ ｔｃ ｒ ａ，ａ ｄ ｅａ ｔ ｏ ｔｃ ｒａ ｒ ｔｏ，ｗｅ ｅ ｎ ｌｓｉ ｃ ｎ ａ ｔａ ｅ ａｉ ｃ ｒ ｏ ｔｉ ｅＩ Ｔ ｅ ｅ ａ ｌ ｏ ｔｃ ｒ ａ ｒｔｏ ｂ ｔ ｅ ｈ ｎ ａ ｅ ｆＧＹ７ ｃ ａ ｉａ ｅ ｌｗａ ｌｏｏ ｔｉ ｅ ｂａ ｎ ｒ． ｈ ｌｓｉ ｃ ｎ ａ ｔａ ｅ ａ ｉ ｅｗｅ ｎ ｔｅ ｅ ｄ ｆｃ ｓｏ ｃ ０ ｍｅ ｂ ｎ ｃ ｌｓ ａ ｓａｓ ｂ ａｎ ｄ
基于分形几何与接触力学理论的结合面法向接触刚度计算模型_杨红平
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机
械
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程
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报
第 49 卷第 1 期期
πCY R e 2E
2
(4)
工程表面的微凸体高度服从高斯分布。对于给定某 一表面距离 d，法向接触载荷 Wn 和法向接触刚度
式中，C=1.295exp(0.736)，E 为等效弹性模量，可 以用两接触表面的弹性模量值 E1、E2 和泊松比 1 、
wp 2 πRH
3
d
4 wp z dz AER 0.5 3
d
1.5 z dz
AπRH
d p
d e
ln p ln f1 ( ) 1 1 z dz ln p ln e
Hale Waihona Puke * 国家自然科学基金(51275407） 、 国家重点基础研究发展计划(973 计划， 2009CB724406)和国家重大科技专项课题(2009ZX04014-32)资助项目。 20111026 收到初稿，20120929 收到修改稿
提出了接触分形理论和接触分形模型。
GREENWOOD 等[8-9]第一个建立粗糙表面的弹性接
Kn 可表示为
Wn d we d wep d wp d N N
2 表示
1 E 1 1 E1
2
1 2 E2
2
d
p
d e
we z dz N
d
d p
e
wep z dz
d e
随着微凸体变形量增加到p 时，其变形进入 完全塑性阶段， 研究表明[15]， p=110e。 完全弹性、 弹性和塑性、完全塑性三个变形阶段的接触载荷分 别为 we、wep、wp，其表达式为[16,18] 4 (5) we ER1/ 2 3/ 2 e 3 ln p ln wep πHR 1 11 f1 ( ) ln p ln e e p (6)
接触式机械密封端面平均温度耦合计算方法
接触式机械密封端面平均温度耦合计算方法魏龙;顾伯勤;刘其和;张鹏高;房桂芳【摘要】研究接触式机械密封端面平均温度与端面摩擦因数相耦合的计算方法问题。
将机械密封环简化为等截面当量筒体，推导出了接触式机械密封端面平均温度的计算式，给出了密封环简化为当量筒体的具体方法；基于分形理论，建立了接触式机械密封端面摩擦因数计算模型。
考虑端面平均温度与端面摩擦因数的相互耦合关系，提出了端面平均温度的具体计算方法。
通过模拟计算，对B104a-70型机械密封端面平均温度的影响因素进行了分析。
结果表明，端面平均温度随着弹簧比压或密封流体压力的增大，线性地增大；随着转速的增大，近似线性地增大，且端面越光滑，线性越好，增大的幅度也越大；随着端面分形维数的增大或特征尺度系数的减小，非线性地增大，当端面较粗糙时，端面平均温度的变化较小；当端面较光滑时，随着端面分形维数的增大或特征尺度系数的减小，端面平均温度迅速增大。
%Mutual coupling calculating method of average temperature and friction factor of end face for contact mechanical seal was studied. Simplifying the mechanical seal ring as equal cross-section equivalent cylinder, average temperature calculation equation of end face for contact mechanical seal was derived, and the method of simplifying the mechanical seal ring as equal cross-section equivalent cylinder was given. Friction factor calculation model of end face for mechanical seal was established based on fractal theory. Taking into account the mutual coupling relationship between average temperature and friction factor of end face, the calculation method of average temperature was proposed. Influence factors of average temperature for B104a-70 mechanical sealwere analyzed by simulation. Average temperature of end face increased linearly with increasing spring pressure and sealant pressure, and increased approximately linearly with increasing rotating speed, and the smootherthe end face, the better the linear relationship and the greater the increase. Average temperature of end face increased nonlinearly with increasing fractal dimension or decreasing characteristic length scale. The change of average temperature was small when end face was coarse. It increased rapidly with increasing fractal dimension or decreasing characteristic length scale when end face was smooth.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2014(000)009【总页数】8页(P3568-3575)【关键词】机械密封;表面;平均温度;摩擦因数;耦合计算;分形;模拟【作者】魏龙;顾伯勤;刘其和;张鹏高;房桂芳【作者单位】南京化工职业技术学院江苏省流体密封与测控工程技术研究开发中心，江苏南京210048;南京工业大学机械与动力工程学院，江苏南京211816;南京化工职业技术学院江苏省流体密封与测控工程技术研究开发中心，江苏南京210048;南京化工职业技术学院江苏省流体密封与测控工程技术研究开发中心，江苏南京210048; 南京工业大学机械与动力工程学院，江苏南京211816;南京化工职业技术学院江苏省流体密封与测控工程技术研究开发中心，江苏南京210048【正文语种】中文【中图分类】TH136;TH117.1引言接触式机械密封工作时，由于密封环的相互贴合及相对滑动产生的摩擦热会引起密封环特别是密封端面的温度升高。
基于逾渗理论的接触式机械密封泄漏特性分析
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｅａｌ；ｐｅｒｃｏｌａｔｉｏｎ ｔｈｅｏｒｙ；ｌｅａｋａｇｅ ｐａｔｈ；ｌｅａｋａｇｅ
近年来， 密封技术的不断提高促使工业用泵密封 由传统填料密封逐渐向机械密封发展［１－２］ 。 作为动密 封的主要型式， 机械密封凭借结构简单、 制造方便、 密封性能稳定、 功率损耗低、 轴或轴套表面无磨损、 密封参数高等特征和优势， 在石化、 核电、 船舶、 制 药等领域被广泛应用。 据石化行业统计， ８０％ ~９０％
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄｙｎａｍｉｃ⁃ｓｔａｔｉｃ ｒｉｎｇ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｏｆ ｃｏｎｔａｃｔｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｅａｌ ａｎｄ ｓｅｌｆ ａｆｆｉｎｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｉｃｒｏ⁃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｅ ｌｅａｋａｇｅ ｏｆ ｓｅａｌ ｆａｃｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｕｓｉｎｇ ｐｅｒｃｏｌａｔｉｏｎ ｔｈｅｏｒｙ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌｕｉｄ ｆｌｏｗ ｉｎ ａ ｍｉｃｒｏ⁃ｃｈａｎｎｅｌ ｗｅｒｅ ｆｏｃｕｓｅｄ ｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｅａｌ ｆａｃｅ ｌｏａｄ，ｓｕｒｆａｃｅ ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｌｅａｋａｇｅ ｖｏｌｕｍｅ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｅａｌ ｉｓ ｒｅｄｕｃｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｆｒａｃｔａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ．Ｉｎ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｆｒａｃｔａｌ ｄｉ⁃ ｍｅｎｓｉｏｎ，ｔｈｅ ｌｅａｋａｇｅ ｒａｔｅ ｉｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ ｃｏｎｔｏｕｒ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ．Ｔｅｒｍｉｎａｌ ｕｎｉｔ ｌｏａｄ ｈａｓ ｆｅｗ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｌｅａｋａｇｅ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｅａｌ．Ｉｔ ｉｓ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｅｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｔｒｏｎｇ ｄｉｓｏｒｄｅｒ ａｎｄ ｒａｎｄｏｍ ｇｅ⁃ ｏｍｅｔｒｙ ｉｎ ｐｏｒｏｕｓ ｍｅｄｉａ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｐｅｒｃｏｌａｔｉｏｎ ｔｈｅｏｒｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔ ｃａｎ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅ ｔｏ ｔｈｅ ｊｕｄｇｍｅｎｔ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉ⁃ ｃａｌ ｓｅａｌ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｄｅｓｉｇｎ，ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ，ｕｓｅ ａｎｄ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｅａｌ ．
分形理论在机械密封端面形貌分析中的应用
（ ｃ ａ ｉ ｌ ｎｉｅｒ ｇＤ ｐ ｒ ｎ ｕ ｎ ｎＣ ｅ ｃｌ ｎ ｕｔ ｃ ｔ ｎＴ ｃ ｎ ｌ ｙＩｓｔｔ． ｈ ｎｃ ｇ ｅｉ ｅａｔ ｔ ｆ ’ａ ｈ ｍｉ ｄ ｓ Ｖｏａｉ ｅ ｈ ｏｏ ｔｕｅ Ｍｅ ａＥ ｎ ｎ ｍｅ ｏ Ｈ ａＩ ｙ ｒ ｏ ｇ ｎ ｉ
图 Ｉ机械密封结构简图 １ ２ ５ ０ 形密封圈 ３ ． 、． ” 轴 “ ． 动环 ４ ． 静环 ６ ． 静环座
机械密封两个表面由于表面粗糙度的影响，实际接触发生在
离散的微凸体上 ， 接触面积与表面纹理 、 材料特 ｌ及界面载荷状况 生
２ 机械密封摩 擦磨损机理研究现状
有关。当 表面上的微凸体很接近时 ， 原子之间的作用力使微凸体产
米摩擦学时代。
部分微 凸体发生弹性变形 ， 另一部分微 凸体发生塑性变形。
摩擦学在研究摩擦磨损机理时，将用简化模 型分析单个微 凸
由于摩擦 、 磨损和润滑都发生在密封摩擦表面 ， 因此 ， 和 了解 摩擦磨损机理研究的主要内容。摩擦学认为 ： 除了摩擦表面特 陛对
生表面或弹塑性表面上 的静止或滑动接触问题 ， 然后进 研究摩擦表面形状 、 接触过程 ， 改善表面摩擦学特 ｌ均是机械密封 体在匀质弹ｌ 生
Ｚ ｕ ｈ ｕ４ ０ ， ｈｎ ） （ ｏ ｈＨｅｖ ｄ ｓ ｉｓ ｒｕ ｏｐＬｄ，ｈｎ ｙ ｎ ０ ０ Ｃ ｉａ ｈ ｚｏ ０ ４ Ｃ ｉａ ２ ｒ ａｙＩ ｕｔｅ ｏｐＣ ｒ．ｔ． ｅ ｇａ ｇ１ ０ ， ｈｎ ） １ ２ Ｎｔ ｎ ｒ Ｇ Ｓ １ ０
中图分类号 ：Ｈ １ 文献标识码 ： Ｔ １７ Ａ
机械密封端面混合摩擦热计算分形模型
:10.11832/j.issn.1000-4858.2020.07.017机械密封端面混合摩擦热计算分形模型魏龙，张鹏高，房桂芳(南京科技职业学院江苏省流体密封与测控工程技术研究开发中心，江苏南京210048)摘要：为研究和掌握混合摩擦状态下机械密封端面摩擦热的变化规律，基于端面接触分形模型和平均膜厚分形模型，建立了机械密封端面混合摩擦热计算模型，并通过计算分析了端面混合摩擦热的影响因素。
结果表明，随着转速的增大，总摩擦热和液膜黏性剪切摩擦热比增大，微凸体接触摩擦热比减小；随着密封介质压力或弹簧比压的增大，总摩擦热近似呈线性增大，黏性剪切摩擦热比减小，接触摩擦热比增大；随着端面分形维数的增大和特征尺度系数的减小，总摩擦热和黏性剪切摩擦热比增大，接触摩擦热比减小，且端面越光滑，总摩擦热、黏性剪切摩擦热比、接触摩擦热比的变化幅度越大；当密封端面处于混合摩擦状态时，接触摩擦热大于黏性剪切摩擦热。
关键词：机械密封;端面；混合摩擦；摩擦热；计算；分形模型中图分类号：TH137;TH136&TH117.1文献标志码：B文章编号：1000电858(2020)07-0112-06Calculation Fractal Modd of Mixed Friction Heat Between the EndFaces for Mechanicoi SealsWEI Long,ZHANG Pcg电aa,FANG Gui-fang(FluiS Sealing Measurement and Control Engineering Research and Development Center of Jiangsu Province,Nanjing Polytechnic Institute,Nanjing,Jiangsu210048)Abstract:To study the veoation of foction heat generated between the end faces in mixed foction in a mechanmal seal,tOe mixed foction heat colculation modd was established based on the fractal models of contacO and averaae oclm Bhcckne s,and Bhecnoluenceoacoosoomcied oocccon heaBweoeanalyaed.Theoesulscndccaed BhaBBhe oal oocccon heaBand ecscoussheaooocccon heaBoacooolcqucd oclm cncoeased,buBcon acBoocccon heaBoacogeneoaed beween aspeoccesdecoeased wch cncoeascngooooacngspeed.The oaloocccon heaBcncoeased appooicmaely lcneaoly,ecscoussheaooocccon heaBoacodecoeased,and con acBoocccon heaBoacocncoeased wch cncoeascngoo spocngpoe s uoeand sealed medcum poe s uoe.The oaloocccon heaBand ecscoussheaooocccon heaBoacocncoeased, buBcon acBoocccon heaBoacodecoeased wch cncoeascngooooacaldcmenscon and decoeascngoochaoaceocscclengBh scale,and end oacewassmooBheo,Bheamplcudeoochangcngwasmooelaogeo.Thecon acBoocccon heaBwasbcggeo Bhan Bheecscoussheaooocccon heaBwhen Bhesealoacesweoecn mcied oocccon sae.Key wordt:mechanicoi seal,end faco,mixed foction,foction heat,colculation,fractal modd引言机械密封端面处于混合摩擦工况时，其端面间的液膜厚度基本上与表面粗糙度处于同一数量级,端面摩擦热由液膜黏性剪切摩擦热和微凸体接触摩擦热两部分组成［1-5］。
机械密封摩擦副端面接触分形模型的修正
机械密封摩擦副端面接触分形模型的修正机械密封摩擦副端面接触是机械密封最基本的工作原理，因此研究机械密封端面接触是机械密封研究的重要方向之一。
在研究中，摩擦副端面几何形状、材料特性、运动状态、密封形状和工况等因素对机械密封性能均具有显著的影响。
在研究机械密封端面接触时，特别是在做有限元分析（FEM）和其他计算机辅助设计（CAD）工作时，需要建立端面接触的几何模型。
然而，由于机械密封摩擦副端面不规则的性质，不同于光滑、平整表面的情况，因此需要特别修正一些传统的几何模型，使得模型与实际情况更加一致，提高模拟结果的准确性。
因此，本文将介绍机械密封摩擦副端面接触分形模型的修正研究进展。
首先，摩擦副端面接触的几何模型类型。
在机械密封的研究和设计过程中，普遍采用的几种模型有：理想圆柱面模型、圆锥面模型、圆台面模型、等面积雕刻模型等。
然而，这些传统模型都以规则、光滑的表面为基础，很难精确地描述摩擦副端面接触表面的不规则性、凹凸性以及复杂度。
因此，研究人员开始考虑分形理论在机械密封端面接触中的应用。
分形理论认为自然界中很多表面都呈现出分形形态，即一些简单规则的基本单元反复累加形成了具有高度复杂性和不规则性的图形结构。
因此，使用分形理论可以更好地描述机械密封摩擦副接触纹形和表面特征，从而更加贴近实际情况。
接下来，介绍摩擦副端面接触分形模型的修正。
在分形模型之中，广义维数、赫斯特指数、湍流阻力系数等指标可以用来更直接地表征分形表面的几何性质。
但传统的分形模型往往限于理论分析，因此需要进行修正，以适应实际情况。
例如，在机械密封研究中，由于材料软硬度、特性不同，对于分形表面的符合精度要求往往有差异，所以需要对分形模型进行调整，以使其更符合实际情况。
研究者可建立一套完整的分形模型调整方法，对实际摩擦副接触表面进行数值模拟分析，并对分形模型的各项参数进行调整，以达到模拟结果与实际情况更加一致的效果。
最后，简单介绍分形模型修正的应用。