接触式机械密封端面接触特性研究开题报告

全文总字数：3796字

1. 研究目的与意义

流程工业中环境保护，清洁运转，低维护长周期运转的要求使得人们对零泄漏端面密封的研究日益增长。通过在端面开设各种微孔形状的非接触式机械密封虽然可以改善端面润滑和动压特性，但是也无法彻底解决泄漏问题，即使是接触式机械密封也存在或多或少的泄漏。因此，如何减少机械密封端面的泄漏，一直是机械密封领域亟待解决的关键问题之一。要解决泄漏问题，就必须探究泄漏形成机理，了解流体在端面间的实际流动行为，而端面间流体的流动行为和端面间泄漏通道模型的建立直接相关。

泄漏率是评定机械密封性能的主要参数。在正常工作情况下，机械密封泄漏中80%～90%的泄漏量是由于摩擦副端面间的径向间隙造成的。接触式机械密封端面的泄漏率与摩擦副端面间的摩擦状态密切相关。在正常工作状态下，接触式机械密封端面处于混合摩擦或边界摩擦状态。为了减少物料流失、保护环境，以及防止因易燃易爆物料泄漏造成危害，充分考虑机械密封的密封特性，从理论上揭示运行过程中机械密封泄漏的影响因素，建立正确的泄漏模型，切实有效地控制泄漏率不仅是必要的，而且是十分迫切的。

2. 国内外研究现状分析

1.机械结合面微观接触特性研究

机械结合面间的接触行为在较大程度上影响着机械系统的摩擦磨损、配合性质、传动精度、密封性、检测精度等性能，并直接影响机器的使用性能和寿命等特性。因此，结合面接触问题一直是研究热点，受到广泛关注。从微观尺度看，任何两个机械加工表面的接触，都不是两个绝对光滑平面完美无缺的贴合，两结合面的接触界面间实际上是两个粗糙表面上一系列微凸体之间的接触。

greenwood等首先提出了粗糙表面的弹性接触模型，即gw模型，并得到很大发展。abbott等和pullen等先后建立了粗糙表面的塑性接触模型，chang等基于微凸体塑性变形的体积守恒原理建立了表面的弹塑性接触模型(简称ceb 模型)。zhao 等提出了包含弹性、弹塑性和塑性三种变形状态的表面接触模型。赵永武等基于接触力学理论和微凸体弹塑性变形为连续和光滑的假设，提出一种新型的粗糙表面弹塑性微观接触模型。该模型的预测结果更加符合人们的试验观察和直觉，能更科学合理地描述两个粗糙表面的微观和宏观接触状态，但该模型仅考虑一个粗糙表面与一个刚性光滑表面的接触情况，与实际的粗糙表面的微观接触仍有差异。

3. 研究的基本内容与计划

1. 查阅资料，完成开题报告。（2周）

2. 完成翻译，并大致了解接触式机械密封、表面粗糙度、分形理论及多孔介质的相关理论。掌握ansys软件和激光聚焦显微装置的使用和操作。（3周）

3. 对国内外的研究现状进行系统全面的阐述出国内的不足以及要改进的地方。（2周）

4. 研究创新点

多孔介质模型在刷式密封中应用已经较为普遍。在刷式密封泄漏特性分析中，将刷丝区处理为多孔介质，考虑刷丝区的轴向和径向孔隙率，通过在平均N-S方程中引入粘性阻力项和惯性阻力项，得到新的NAS方程，数值计算得到的泄漏率和实验测得的泄漏率十分接近，进而验证了刷式密封中采用多孔介质模型进行分析的可能性。但是，多孔介质模型在机械密封领域的应用还很少。

本课题基于多孔介质理论，将机械端面处理为多孔介质，运用ANSYS软件通过图像处理技术提取机械密封端面的数据，研究不同端面比压和初始粗糙度条件下机械密封界面的接触特性。