機(jī)械密封復(fù)合密封環(huán)的覆層端面性能研究.pdf

1、利用噴涂、激光熔覆等表面技術(shù)，在鋼、銅等基體表面制備硬質(zhì)耐磨覆層得到的機(jī)械密封復(fù)合密封環(huán)，綜合利用了覆層與基體材料的優(yōu)良特性。然而，實(shí)際工程中當(dāng)操作條件苛刻和覆層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理時(shí)，復(fù)合密封環(huán)可因覆層端面開裂而造成密封失效。因而，本文從覆層端面性能的影響因素，覆層表面裂紋和覆層端面運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)等方面展開深入研究，以期指導(dǎo)覆層端面的設(shè)計(jì)開發(fā)，推廣其工程應(yīng)用。
　　綜合考慮覆層端面變形、液膜反壓和端面溫度之間相互影響的基礎(chǔ)上，建立了準(zhǔn)確的覆

2、層端面數(shù)值計(jì)算模型。得到了密封端面的pbV值和溫度分布，以及覆層表面和覆層與基體界面的應(yīng)力分布，分析了覆層端面開裂的原因。確定密封端面最大pbV值（[pbV]max）和最高溫度（Tmax），覆層表面最大拉應(yīng)力（σmax）、主界面最大切應(yīng)力(τmax)、側(cè)界面最大切應(yīng)力（σcmax）和最大法向拉應(yīng)力(τcmax)作為覆層端面性能的評(píng)定指標(biāo)。
　　分析了覆層端面的結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料參數(shù)對(duì)覆層端面性能的影響。分析可知，覆層與基體的熱膨脹系數(shù)

3、比αr宜在0.5～1.0，噴涂角度η宜在15°～30°，彈性模量比Er宜在1.0～2.5，覆層厚度t宜在0.4mm～0.6mm。研究了操作參數(shù)（流體壓差、轉(zhuǎn)速和介質(zhì)溫度）對(duì)覆層端面性能的影響。結(jié)果表明，覆層端面超出其適用的操作參數(shù)會(huì)使覆層端面的承載狀況迅速惡化。
　　建立了覆層表面裂紋數(shù)值分析模型，分析了覆層表面裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子隨特征參數(shù)的變化規(guī)律。分析了覆層端面結(jié)構(gòu)參數(shù)，材料參數(shù)和操作參數(shù)對(duì)應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響。覆層表面裂紋為Ⅰ

4、型裂紋，各參數(shù)對(duì)覆層表面裂紋K1值的影響，與對(duì)覆層表面最大拉應(yīng)力的影響規(guī)律是一致的。根據(jù)研究結(jié)果，進(jìn)一步提出了覆層端面的制備和檢修建議。
　　研制了機(jī)械密封試驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)測(cè)了覆層端面的摩擦扭矩和靜環(huán)溫度，并與數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。觀測(cè)了大量已開裂的機(jī)械密封復(fù)合密封環(huán)，分析了覆層端面裂紋特征與數(shù)值分析結(jié)果之間的關(guān)系。試驗(yàn)研究結(jié)果與數(shù)值分析結(jié)果具有良好的一致性，驗(yàn)證了本文對(duì)覆層端面數(shù)值分析結(jié)果的可靠性。
　　本文對(duì)機(jī)械密封復(fù)合密