接触式机械密封端面润湿性特性试验研究开题报告

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1. 研究目的与意义

机械密封基本性能主要包括端面摩擦特性（抵御摩擦磨损的能力）和密封特性（泄漏率指标）。机械密封失效最重要和最直接的表现是在规定的工作条件下，机械密封在未达到规定的工作时间，就出现的泄漏率超标的现象。

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。为了不延误维修时机，减少物料流失、保护环境，以及防止因易燃、易爆、有害介质大量泄漏造成危害酿事故，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，是箭在弦上，迫在眉睫。

润湿性又称浸润性，是指当液体和固体表面接触时，液体渐渐渗入或附着在固体表面的性能，是固体表面的特性之一。浸润性能的好坏由静态接触角的大小决定，接触角小于90的表面为亲水表面，接触角大于90的表面为疏水表面，接触角在150至180之间的表面称为超疏水表面。表面张力的形成主要取决于分界面液体分子间的吸引力，也称为内聚力。表面张力的存在将使液体自由表面两侧产生附加压力差，流体力学中表面张力一般可以忽略不计，但对于某些特殊问题如毛细管的流动中，表面张力就成为非常重要的影响因素。

2. 国内外研究现状分析

国外brkich最早提出了表面张力学说。该假说认为端面间稳定而可靠的密封主要是表面张力的结果，密封端面实际上并不是理想的光滑平面，少量凸起部分存在着直接接触。rajakovics采用试验论述了表面张力是密封重要因素这一观点。basu、schwajger和senfert等认为密封面间的液膜起着一个类似于软密封垫的作用，液体分子间的分子力随黏度增加而上升，且随密封间隙的增大而下降。digard以及genhle等在低压机械密封润滑状况的试验研究中，观察到液膜内存在着张力区。通过密封运转期间压力传感器测出了相变区的压力以及液膜破坏前在箱变区收到张力的作用。基于端面内存在空化、汽化现象的事实，digard以及genhle认为多级气隙形成多次表面张力作用是提高总的密封能力的主要原因。

以boon为代表的黏滞假说，认为某些液体分子由于黏性被粘贴在零封面上，这种因压差在密封间隙中产生黏滞力能阻止介质的泄露。

许多研究者基于黏滞假说，利用navier-stokes方程进行了流体动压密封、流体静压密封、流体动静压混合密封研究，但在与表面粗糙度高度相当的缝隙中是否存在连续流体膜以及如何保证密封中形成流体膜层的问题还在进行中。

3. 研究的基本内容与计划

1.熟悉接触式机械密封试验装置、接触角测量仪、表面粗糙度仪等装置的基本原理及操作。（2周）

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

3.制定试验方案，开展试验研究，获取不同端面比压下和不同试验进程下表面接触角及表面粗糙度的变化规律，并进行数据分析处理。（6周）

4. 研究创新点

利用机械密封泄露预测理论及其应用的指导，完成接触式机械密封端面润湿性在一定工况条件下运转过程中的变化规律，探讨表面接触角、表面粗糙度、摩擦系数以及泄漏率等参数之间的关系。