机械密封摩擦副端面接触分形模型的修正
机械密封环端面各向异性分形接触分析
Ｚ ｈ ｏ ｕ Ｇａ ｎ ｇ Ｌ ｉ Ｘ ｉ ａ ｏ ｚ ｈ ｏ ｎ ｇ Ｚ ｈ ｕ Ｗｅ ｉ ｂ ｉ ｎ ｇ Ｚ ｈ ａ ｎ ｇ Ｈａ ｉ ｙ ａ ｎ ｇ
（ １ ． Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ， Ｘｉ ｈ ｕ ａ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ｄ ｕ Ｓ ｉ ｃ ｈ ｕ ａ ｎ ６ １ ０ ０ ３ ９ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｄｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍ ｅ ｎ ｔ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａ ｍａ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｌ ａ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ａ ｎ ｉ ｓ ｏ ｔ ｒ ｏ ｐ ｉ ｃ ｆ ａ ｃ ｅ ｏ ｎ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｌ ａ ｓ ｅ ａ ｌ ｒ ｉ ｎ ｇ ｗａ ｓ ｓ ｅ ｔ ｕ ｐ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｍ． Ｂ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｌ ａ ｃ ｏ ｎ ｔ ａ ｃ ｔ ｍｏ ｄ ｅ １ ． Ｃｏ ｎ ｓ ｉ ｄ ｅ ｉｎ ｒ ｇ ｔ ｈ ｅ ｆ ａ ｃ ｅ ａ ｓ ａ ｎ ｉ ｓ ｏ ｔ ｒ ｏ ｐ ｉ ｃ， ｆ ａ ｃ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ａ ｃ ｔ ｌ ｏ ａ ｄ ａ ｎ ｄ ｅ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ － ｐ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ ｃ ｏ ｎ ｔ ａ ｃ ｔ ａ ｒ ｅ ａ ｗｅ ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｄ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ ｅ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ ｉ ｔ ｙ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｌ ａ ｃ ｏ ｎ ｔ ａ ｃ ｔ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｈ ｉ ｐ ａ ｍｏ ｎ ｇ ｓ ｕ ｆａ ｒ ｃ ｅ ｔ ｅ ｘ ｔ ｕ ｒ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ， ｆ ａ ｃ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ａ ｃ ｔ ｌ ｏ ａ ｄ
机械密封磨损导致渗漏油如何修复
机械密封磨损导致渗漏油如何修复机械密封是一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力（或磁力）的作用下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。
机械密封是一种旋转机械的轴封装置，通常被人们简称为“机封”。
机械密封具有泄漏量少和寿命长等优点，当今世界上最主要的轴密封方式。
由于传动轴贯穿在设备内外，这样，轴与设备之间存在一个圆周间隙，设备中的介质通过该间隙向外泄漏，如果设备内压力低于大气压，则空气向设备内泄漏，因此必须有一个阻止泄漏的轴封装置。
机械密封磨损渗漏因素1、磨损及损坏: 每种密封元件都有一定的使用寿命，经长期运行磨损后，气密封性能就得不到保证，会发生泄漏现象，在机器设备运行中，由于各种杂质进入或配合不当，使密封元件或与其相对应使用的零件遭到不同程度的损坏，致使密封部位发生泄漏现象。
2、装配调整不当: 对于静密封来说，在装配式预紧力不够或预紧力不均匀，致使机器设备在工作状态下发生泄漏，对于动密封与机械密封，由于装配时调整不当致使设备运行时发生泄漏。
3、介质、环境: 主要有工作介质的腐蚀、结垢、温度以及工作环境等，其中以温度的影响最为显著，其对密封性能的影响是多方面的，高温介质黏度小，渗透性强，对密封件及密封面的腐蚀增强，另外由于温差的影响，密封件的膨胀不均匀，这都能照成密封不良而导致泄漏。
4、密封件的材质性能及使用选择: 以及由于密封元件材质种类较多，应用环境选择不当，致使发生泄漏。
5、机械密封轴封部位: 由于轴封部位金属腐蚀磨损后，导致机械密封泄露。
机械密封--轴磨损解决方案对比1、更换新部件: 更换新轴，主要取决于部件的价值、停机时间、备件库存。
2、焊条堆焊再加工: 采用焊条堆焊技术，通过实际效果来评价也不理想。
一是材质的区别；二是补焊的高温损伤及热应力影响。
3、刷镀喷涂: 刷镀及热喷涂工艺，通常受损坏程度及设备本身等因素的限制，在修复后的使用效果并不理想。
4、索雷高分子纳米技术: 索雷金属聚合物根据设备设备的尺寸、转速、磨损的因素，选择相应的“机加工”、“工装”、“刮研”的修复工艺。
机械密封的故障及维修方法【范本模板】
机械密封的故障及维修方法机械密封的故障及维修方法如下：一、机械密封的故障在零件上的表现1、密封端面的故障：磨损、热裂、变形、破损（尤其是非金属密封端面）。
2、弹簧的故障：松弛、断裂和腐蚀。
3、辅助密封圈的故障：装配性的故障有掉块、裂口、碰伤、卷边和扭曲;非装配性的故障有变形、硬化、破裂和变质。
机械密封故障在运行中表现为振动、发热、磨损,最终以介质泄漏的形式出现。
二、机械密封振动、发热的原因分析及处理1、动静环端而粗糙.2、动静环与密封腔的间隙太小，由于振摆引起碰撞.处理方法：增大密封腔内径或减小转动件外径，至少保证0。
75mm的间隙。
3、密封断面耐腐蚀和耐温性能不良，摩擦副配对不当。
处理方法:更改动静环材料,使其耐温，耐腐蚀.4、冷却不足或断面再安装时夹有颗粒杂质。
处理方法：增大冷却液管道管径或提高液压.三、机械密封泄漏的原因分析及处理1、静压试验时泄漏①密封端面安装时被碰伤、变形、损坏。
②密封端面安装时，清理不净，夹有颗粒状杂质。
③密封端面由于定位螺钉松动或没有拧紧，压盖（静止型的静环组件为压板）没有压紧。
④机器、设备精度不够,使密封面没有完全贴合。
⑤动静环密封圈未被压紧或压缩量不够或损坏.⑥动静环V形密封圈方向装反。
⑦如果是轴套漏,则是轴套密封圈装配时未被压紧或压缩量不够或损坏。
处理方法：应加强装配时的检查、清洗，严格按技术要求装配。
2、周期性或阵发性泄漏①转子组件轴向窜动量太大。
处理方法:调整推力轴承，使轴的窜动量不大于0。
25mm.②转子组件周期性振动.处理方法：找出原因并予以消除。
③密封腔内压力经常大幅度变化.处理方法:稳定工艺条件。
3、经常性泄漏①由于密封端面缺陷引起的经常性泄漏.a、弹簧压缩量（机械密封压缩量）太小。
b、弹簧压缩量太大，石墨动环龟裂。
c、密封端面宽度太小，密封效果差。
处理方法：增大密封端面宽度，并相应增大弹簧作用力.d、补偿密封环的浮动性能太差（密封圈太硬或久用硬化或压缩量太小，补偿密封环的间隙过小）。
机械密封失效及改进措
根据该泵密封失效后的损坏情况，初步判断其机械密封失效有以下原因：①除密封失效及寿命短外，其余一切情况正常，因此，可以排除装配误差、辅助系统、机泵振动及工艺操作等因素的影响，大致可以认为是设计缺陷引起的密封失效。
②从密封面的失效现象看，动环表面出现径向裂纹，辅助密封圈老化，属于典型热损失效。
石墨静环磨平并有开裂现象是磨损和热损双重作用所致。
③1997年大检修后因生产的需要，工艺上做了部分调整，增加了轻质油产率，致使该泵输送的汽油中轻质组分增加，并含有少量的液化汽成分(c4、c5)，导致摩擦副工作的温升过大，动环出现热裂现象，同时静环磨损加剧，使密封寿命大为降低。
图1 不同相态机械密封液体膜载荷与膜厚关系另外，104-45型机械密封使用的psv值和工作pbv值均超过了允许值。
而端面比压pb的大小对机械密封的稳定运行有着极大的影响。
端面比压太小容易产生泄漏。
端面比压太大，会使摩擦面液膜减薄，液膜承载力降低，摩擦因数加大，使用寿命降低。
综上所述，脱乙烷汽油泵机械密封失效的原因是由于汽油中轻组分的增加，介质更易于汽化，液膜承载能力降低，端面比压过大，液膜减薄，摩擦副在不稳定的似汽相状态下工作，摩擦热增加，端面温升过大，进而引起更多的轻质汽油组分汽化。
如此循环，最终摩擦副在干摩擦状态下工作，使石墨静环磨损加剧。
同时，过大的端面温升使碳化钨动环出现径向热裂纹，辅助密封圈老化，介质泄漏增加，密封寿命大为缩短，最终使机械密封迅速失效。
3 改进措施及应用效果为了适应输送介质的变化，结合该泵的具体条件，采取了2种措施来降低密封的端面比压。
①将104-45非平衡机械密封改为110-45平衡型机械密封，使密封的平衡系数β由1.177降为0.77。
②根据石油大学流体动密封研究室的实验，在密封面上开圆弧槽可显著提高液膜的承载能力，增加密封稳定性。
限于加工条件，我们仅在110-45型机械密封的石墨静环表面上加工了8个半圆形凹槽，增强了端面液膜的承载能力，降低了端面比压，并使密封的润滑性能得到了改善，降低了摩擦副的摩擦因数，减少了端面的摩擦热及由温度升高引起的端面汽化现象，避免了干摩擦的出现。
机械密封摩擦副端面接触分形模型的修正
ａｒｅａ
ｆｒａｃｔａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ，ａｎｄ ｆｏｒ ｏｎｌｙ
ａ
ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｌｅｎｇｔｈ ｓｃａｌｅ．Ｔｈｅ ｒｅａｌ
ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｎｏｍｉｎａｌ ｃｏｎｔａｃｔ
ａｒｅａ
ａｃｃｏｕｎｔｓ
ｓｍａｌｌ
ｕｎｄｅｒ ｎｏｒｍａｌ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．
ａｒｅａ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｅａｌ；ｆｒａｃｔａｌ ｍｏｄｅｌ；ａｓｐｅｒｉｔｙ ｂｅａｒｉｎｇ
ｒａｔｉｏ；ｆａｃｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ
引
言
研究机械密封摩擦副端面间的接触特性对分析
载荷Ｐ。与量纲１真实接触面积Ａ？之间的关系。
第６４卷第５期 ２０１３年５月
化工学报
ＣＩＥＳＣ
Ｖｏｌ・６４
Ｎｏ・５
Ｊｏｕｒｎａｌ
Ｍａｙ
２０１３
机械密封摩擦副端面接触分形模型的修正
魏
龙１，顾伯勤２，刘其和１，张鹏高１’２，房桂芳１
（１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； ２南京工业大学机械与动力工程学院。江苏南京２１１８１６）
ＷＥＩ
Ｌｏｎ９１，ＧＵ Ｂｏｑｉｎ２，ＬＩＵ Ｑｉｂｅｌ，ＺＨＡＮＧ Ｐｅｎｇｇａ０１”。ＦＡＮＧ Ｇｕｉｆａｎ９１
（１ Ｆｌｕｉｄ Ｓｅａｌｉｎｇ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｊｉａｎｇｓｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，
口。＝等
ａ，＝ｎ：
（１） （２）
机械密封失效改进措施
机械密封失效改进措施机械密封失效原因及改进措施文摘：分析了单级离心泵在日常运行中机械密封泄漏的原因，探讨了消除和改进措施，以保证其长期可靠稳定运行。
关键词：离心泵、机械密封、泄露、技术改进措施在化工生产中，经常需要将流体从低压输送到高压，或从低压输送到高压，或沿管道输送到远方。
为了实现这一目标，必须向流体中添加外部功，以克服流体阻力，并在运输流体时补充不足的能量。
为流体提供能量的机器变成了流体输送机器。
根据工作原理的不同，它通常分为四类，即离心、往复、旋转和流体动力作用。
离心泵是最常见的流体输送机械。
离心泵具有结构简单、流量大而均匀、操作方便的优点。
而机械密封则是这种流体输送机械的轴封装置，具有泄漏量小和寿命长等优点。
兰州石化公司化肥厂丙烯酸车间动设备中主要包括离心泵和屏蔽泵两大类型的泵，而离心泵占有绝大一部分的比例。
因此在各类设备的故障当中，机械密封泄漏的检修占有绝大比例。
故机械密封运行的好坏将直接影响到装置的平稳运行。
一、机械密封原理机械密封是一种依靠弹性原件对动、静环端面密封副的预紧和介质压力与弹性原件压力的压紧而达到密封的轴向端面密封装置，因此又称端面密封。
机械密封通常由动环、静环、压紧原件和密封原件组成，动环和静环的端面组成一对摩擦副。
动环靠密封室中的液体压力使其端面压紧在静环端面上，并在两环端面上产生适当的比例和保持一层极薄的液体膜而达到密封的目的。
压紧原件产生压力，可使泵在不运转的情况下，也保持端面贴合，保证密封介质不外漏，并防止杂质进入密封端面。
密封圈起密封动环与轴的间隙、静环与压盖的间隙的作用，同时对泵的振动、冲击起缓冲作用。
在实际操作中，机械密封元件不是一个孤立的部件。
它与泵的其他部件结合在一起。
从其基本原理可以看出，机械密封的正常运行是有条件的。
只有消除气蚀或蒸汽粘结等现象，动静环密封面的悬挂损伤才能形成正常的保护液膜；只有当泵轴振动过大，O形密封圈腐蚀或变形，机械密封性能良好时，才能达到理想的密封效果。
机械密封的泄露问题与维修对策
机械密封技术是依靠一对或者是几对垂直于轴做相对滑动的端面，它们在流体的压力以及补偿机构的其他力的作用下依旧能够保持接合，加上辅助密封装置进而达到阻漏的作用。
机械密封使得静环的接触面与动环在运动中依旧能够永远的贴合在一起。
通过静、动环之间产生适当的比压以及一直在之间保持一层液体膜来达到密封的目的。
机械密封主要用的部件有静环以及动环等端面密封部件；起辅助作用的还有O型、U型以及X型等各式类型的密封圈；补偿部件包括弹簧、推环等；传动部件有传动螺钉和传动销等；紧固部件包括很多，有推环、弹簧座、压盖以及紧定螺丝等等。
那么机械密封大多用在什么设备上呢？一般情况下，机械密封多用在离心泵、离心机、压缩机和反应釜等设备上。
它的密封性能好，泄露量少、使用寿命较长、能量功耗较低，也不需要经常进行维修。
机械密封在适应能力上也是非常好的，一般情况下都能够适应自动化的生产以及高温高压等各种恶劣环境以及对密封的苛刻要求条件。
密封泄露问题常见的机械密封泄露情况有以下几种：1.由密封面平面度的损坏造成的泄露密封面的损坏大多是产生不均匀的滑痕和面部切断痕。
产生的原因可能是由于泵的密封箱和搅拌器的封头变形或者损伤，又或者是螺栓紧固力度不均匀等，导致静环的密封面发生变形，最后发生泄漏现象。
也有可能是由于滑动部件在热装时，温度的变化以及存在热膨胀差使得密封面的形状发生变化。
密封性也会因此而发生损坏，进而导致泄漏问题。
2.有密封面的润滑性损坏而造成的泄露端面密封的润滑性也是非常重要的，除了要靠端面液膜进行密封作用，同时也要靠润滑的作用来完成正常的运行工作。
端面液膜一旦破损，便会造成千摩擦密封面瞬间磨损和粗糙加剧，甚至一些硬质材料也会产生裂痕等严重现象。
当滑动摩擦面的温度骤然上升时，不能立刻除掉热积累情况的话，会导致密封液的蒸发，润滑膜消失，进而导致千摩擦现象的发生。
千摩擦很容易损伤密封面，并且埋下了大量泄漏的隐患。
3.由动作性损坏造成的泄露机械密封装置的动环与静环是随着轴一直旋转的，它们一直频繁而重复着相同的运动，这种重复性的运动不仅会对密封端面产生改变，同时也会增加装置的轴向移动量，逐渐降低了机械密封的精度。
机械密封中的摩擦学特性分析与研究
机械密封中的摩擦学特性分析与研究机械密封是一种常见的密封形式，广泛应用于各种机械设备中。
其主要作用是防止流体或气体的泄漏，确保机械设备的运行安全和效率。
而在机械密封中，摩擦学特性是一个重要的研究课题。
本文将对机械密封中的摩擦学特性进行分析与研究。
摩擦学是研究物体相对运动时摩擦现象的科学，对于机械密封而言，摩擦学特性的研究可以帮助我们了解密封件与轴的相互作用，从而提高密封性能。
首先，我们来介绍机械密封中的摩擦副。
机械密封通常由密封环和密封座两部分组成，它们之间的相互作用形成了摩擦副。
在摩擦副中，摩擦力和密封力是两个重要的参数。
摩擦力是指两个接触面之间的相对滑动所产生的力，它对于密封环的密封性能和密封件的使用寿命具有重要影响。
而密封力是指密封环对于轴的压紧力，它决定了密封环与轴的接触形态和接触面积。
通过研究摩擦副的摩擦力与密封力的关系，可以寻找到最优的设计参数，提高机械密封的效果。
在机械密封中，摩擦特性的研究与摩擦副材料密切相关。
常见的摩擦副材料包括金属材料、聚合物材料和陶瓷材料等。
这些材料具有不同的物理和化学性质，对于机械密封的摩擦学特性产生不同的影响。
例如，金属材料具有良好的传热性能和抗磨损性能，适用于高温高压条件下的密封应用；而聚合物材料具有较低的摩擦系数和良好的密封性能，适用于低速低温条件下的密封应用。
通过选择合适的摩擦副材料，可以优化机械密封的摩擦学特性，提高其性能和寿命。
另外，机械密封中的润滑问题也是摩擦学研究的一个重要方向。
润滑是通过在接触面之间形成一层润滑膜，减小接触面之间的摩擦力和磨损，提高机械密封的效果和寿命。
在摩擦副中，常见的润滑方式包括干摩擦、润滑剂润滑和固体润滑等。
干摩擦是指在没有润滑剂的情况下进行的摩擦运动，其摩擦系数较大，易产生摩擦热和磨损。
而润滑剂润滑可以减小摩擦系数，降低摩擦和磨损，提高机械密封的效果。
固体润滑是指通过在接触面上涂覆一层固体润滑剂，形成润滑膜来减小摩擦力和磨损。
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ａｒｅａ
ｆｒａｃｔａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ，ａｎｄ ｆｏｒ ｏｎｌｙ
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ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｌｅｎｇｔｈ ｓｃａｌｅ．Ｔｈｅ ｒｅａｌ
ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｎｏｍｉｎａｌ ｃｏｎｔａｃｔ
ａｒｅａ
ａｃｃｏｕｎｔｓ
ｓｍａｌｌ
态下，估算膜压系数Ｋ。值时，通常取为［１“：一 般液体Ｋ。一０．５；黏度较大的液体Ｋ。一１／３；气
体、液态烃等易挥发介质Ｋ。一√２／２。
顾永泉等‰１４‘１朝对混合摩擦状态下机械密封端 面问的膜压系数进行了系统完善的研究，依据其研 究结果，假设密封端面间的介质是单相不可压缩的 液体，并忽略液膜黏度在密封端面间隙中的变化， 则可得混合摩擦状态下机械密封端面间膜压系数
摘要：分析了原机械密封摩擦副端面接触分形模型存在的问题，并进行了修正，得到了摩擦副端面微凸体承载 面积比与端面比压的关系式。修正模型考虑了摩擦副端面间流体膜压的作用、微凸体实际微接触面积与微接触 截面积之间的区别，并通过采用一个三次多项式来表达弹塑性变形微凸体的接触压力与接触面积的关系，从而 满足了接触微凸体在变形状态转变临界点处的接触面积与接触压力转化皆是连续和光滑的条件。依据修正后的 接触分形模型对密封面配对材料为硬质合金ＹＧ８一碳石墨Ｍ１０６Ｋ的部分平衡型机械密封摩擦副端面微凸体承载 面积比的影响因素进行了分析。结果表明，微凸体承载面积比随着弹簧比压的增大近似呈线性增大，随着密封 流体压力的增大而非线性单调增大，随着端面分形维数的增大先增大后减小，随着端面特征尺度系数的增大而 减小；在正常工作参数范围内，真实接触面积仅占名义接触面积的很小一部分。 关键词：机械密封；分形模型；微凸体承载面积比；端面比压
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ
ｃｏｎｔａｃｔ
ｆｒａｅｔａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｐａｉｒ ｆａｃｅｓ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
ａｒｅａ
ｓｅａｌｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｍｏｄｉｆｉｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｂｅａｒｉｎｇ
其密封、摩擦、磨损和传热等性能有着重要作用。 接触特性与接触表面的微观形貌密切相关［１。２］。传 统研究把机械密封摩擦副端面微凸体简化为顶端曲 率半径相同的半球体，微凸体峰高服从高斯分布， 并将摩擦副端面形貌看作是一个稳定的随机过程， 用轮廓的算术平均偏差、均方根偏差等统计学参数 来表征［３１］。由于对表面形貌的简化模型过于简单， 且统计学表征参数是在一定测量条件下获得的，受 测量仪器分辨率和取样长度的影响较大［８］，因而不 能反映实际表面的复杂程度、非稳定随机特性和粗 糙度的多重尺度特性等，使所得接触模型的预测结 果不具有唯一性。 １９９１年，Ｍａｊｕｍｄａｒ等［９］提出了以分形几何为 基础的Ｍ－Ｂ接触模型。由于Ｍ－Ｂ模型采用了具有 尺度独立性的分形参数代替统计学参数来表征粗糙 表面的形貌，因此不受测量仪器分辨率和取样长度 等因素的影响，使预测具有唯一性和确定性。但在 Ｍ－Ｂ模型中将微凸体的变形简化为只有弹性和塑 性两种形式，没有考虑弹塑性变形形式，并且忽略 了摩擦力的影响。在Ｍ—Ｂ模型的基础上，魏龙 等［１叩考虑了微凸体的弹性、弹塑性、塑性三种变 形状态及端面摩擦的作用，建立了机械密封摩擦副 端面接触分形模型。但该模型还存在忽略了摩擦副 端面间流体膜压的作用、忽略了微凸体实际微接触 面积与微接触截面积之间的区别，以及微凸体接触 压力在变形状态转变的临界点处发生突变等不足。 基于上述研究现状，针对原机械密封摩擦副端 面接触分形模型的不足进行了修正。依据修正后的 模型，分析了工作参数及端面形貌分形参数对机械 密封摩擦副端面承载面积比的影响。 １
口。＝等
ａ，＝ｎ：
（１） （２）
式中口。和口：分别为弹性变形微凸体的实际微接
原模型存在的问题
（１）忽略了摩擦副端面间流体膜压的作用。文
图Ｉ接触微凸体的变形
Ｆｉｇ．１ Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｔａｃｔｉｎｇ ａｓｐｅｒｉｔｉｅｓ
献Ｅ１０３所建立的接触分形模型表明了密封端面比
万方数据
第５期
魏龙等：机械密封摩擦副端面接触分形模型的修正
触面积与微接触截面积；口，和口７。分别为完全塑性 变形微凸体的实际微接触面积与微接触截面积。 （３）在端面接触微凸体变形转变临界点处出现 接触载荷的突变。由文献Ｅ１０３中的临界弹性变形 微接触面积、临界塑性变形微接触面积表达式及弹 性、弹塑性、塑性接触点上的接触面积和载荷关系 式，可得在塑性变形转变为弹塑性变形的临界变形 点处，弹塑性载荷与塑性载荷之比为
ｗａｓ ｅｘｐｒｅｓｓｅｄ ｂｙ
ａ
ｃｕｂｉｃ ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌ，ｗｈｉｃｈ ｓａｔｉｓｆｉｅｄ
ａｒｅａ
ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ａｎｄ ｓｍｏｏｔｈ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ａｓｐｅｒｉｔｙ ｔｈｅ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ａｓｐｅｒｉｔｙ ｄｉｓｔｏｒｔｉｎｇ ｓｔａｔｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ａｓｐｅｒｉｔｙ ｂｅａｒｉｎｇ
Ｆｉｅｌｄｓ（０９一Ｄ－０１８，２０１０－ＪＸＱＣ一 Ｐｒｏｊｅ
Ｊｉａｎｇｓｕ
Ｐｒｏｖｉｎｃｅ
（ＪＨｌ０—５５，ＪＨＺＤ２０１２一１４）．
万方数据
化工学报
第６４卷
ｗｉｔｈ ｆｌｕｉｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｉｎｃｒｅａｓｅｄ
ａｔ
ｆｉｒｓｔ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ
糕一型３型３Ｋ半
Ｆ。（ｏ。，）
ｆ
（３） …
Ｋ。的简化计算式为
在弹塑性变形转变为弹性变形的临界变形点处，弹 性载荷与弹塑性载荷之比为
““一———可巧ｉ瓦万万—一＿＿
，
３掣２（ｒ；一ｒ；）［１一Ｉｎ（ｒ２／ｒ。）］ｌ
《［２１ｎ（ｒｚ／ｎ）－－１］＋ｒ；
Ｒ加…２０１２＋１ｎ（护ｚＫ，）］
式中
墨！垒！！一
！！型坚丝！
５５，ｊＨＺＤ２０１２－１４）。 ｃｏｒｎ
Ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｄａｔｅ：２０１２—０８—２１． Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ
ａｕｔｈｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＷＥＩ
Ｌｏｎｇ，ｗｅｉｌｏｎ９１９７２＠１６３．
Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ
ｉｔｅｍ：ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ
ｂｙ
Ｊｉａｎｇｓｕ
Ｐｌａｎｎｅｄ
Ｐｒｏｊｅｃｔｓ
ｆｏｒ
Ｆｏｓｔｅｒｉｎｇ Ｔａｌｅｎｔｓ ｉｎ Ｓｉｘ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ０２２） ａｎｄ Ｃｏｌｌｅｇｅ
由Ｐ。与Ａ？的关系式可以看出密封端面上的总载
荷（闭合力）ｔ全部由微凸体支反力承担。现有 的接触式机械密封研究成果表明，密封端面处于边 界摩擦状态时，端面间测不出液体压力，载荷几乎 都由固体表面的微凸体承担［１妇；密封端面处于混 合摩擦状态时，弹性元件压力和密封介质压力形成 的总外部载荷由密封端面间的液膜和接触的微凸体 共同承担［２。７］。因此，原机械密封摩擦副端面接触 分形模型适用于边界摩擦状态下的机械密封，而对 于混合摩擦状态的机械密封则会产生一定的误差。 （２）忽略了微凸体实际微接触面积ａ与微接触 截面积口’之间的区别。文献Ｅｌｏ－Ｉ在分析接触微 凸体的变形性质和接触面积与载荷的关系时，均忽 略了微凸体实际微接触面积ａ与微接触截面积ａ’ 之间的区别。 图１所示为接触微凸体的变形示意图。在一定 载荷作用下接触微凸体产生变形量艿，其形状由图 示的虚线变为实线。显然，实际接触区是以，－为半 径的圆，而不是以ｒ’为半径的圆。实际微接触面积 ｎ与微接触截面积ａ ７之间的关系与接触微凸体的变 形方式有关。接触微凸体发生弹性变形及完全塑性 变形时，实际微接触面积与微接触截面积之间的关 系分别为［１２３
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０４３８—１１５７．２０１３．０５．０３０ 中图分类号：ＴＨ
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文献标志码：Ａ
文章编号：０４３８—１１５７（２０１３）０５—１７２３—０７
Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｔａｃｔ ｆｒａｃｔａｌ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｆａｃｅｓ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｅａｌｓ
ａｎｄ
ｍｉｃｒｏ
ｃｏｎｔａｃｔ
ｓｅｃｔｉｏｎａｌ
ａｒｅａ
ｏｆ ａｓｐｅｒｉｔｙ ｗｅｒｅ ｔａｋｅｎ ｉｎｔｏ ａｃｃｏｕｎｔ．Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｅｌａｓｔｉｃ—ｐｌａｓｔｉｃ
ａｒｅａ
ｄｅｆｏｒｍｉｎｇ ａｓｐｅｒｉｔｙ
ｃｏｎｔａｃｔ
ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｃｏｎｔａｃｔ
ａｒｅａ
ｃｏｎｔａｃｔ
ａｎｄ
ｃｏｎｔａｃｔ
ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｔ
ｔｏ
ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｍｏｄｅｌ，ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｃａｒｂｉｄｅ ＹＧ８一ｃａｒｂｏｎ
ｒａｔｉｏ
ｏｆ
ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｐａｉｒ
ｆａｃｅｓ ｍａｔｃｈｅｄ ｂｙ ｃｅｍｅｎｔｅｄ
ｇｒａｐｈｉｔｅ Ｍ１０６Ｋ ｏｆ ｐａｒｔｉａｌ ｂａｌａｎｃｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｅａｌｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｓｐｅｒｉｔｙ ｂｅａｒｉｎｇ
ａｓｐｅｒｉｔｙ ａｎｄ ｆａｃｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ
ｏｎ
ｒａｔｉｏ ｏｆ
ｔｈｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｐａｉｒ ｆａｃｅｓ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｉｎ ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｍｏｄｅｌ．ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｆｉｌｍ
ａｒｅａ
ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｆ ｆｌｕｉｄ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｅｎｄ ｆａｃｅｓ ｏｆ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｐａｉｒ，ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｒｅａｌ ｍｉｃｒｏ ｃｏｎｔａｃｔ