機(jī)械密封端面測(cè)試技術(shù)及摩擦特性參數(shù)

1、機(jī)械密封端面測(cè)試技術(shù)及摩擦特性參數(shù)機(jī)械密封端面測(cè)試技術(shù)及摩擦特性參數(shù)核心提示：機(jī)械密封端面摩擦特性是決定機(jī)械密封工作壽命和密封性能好壞的關(guān)鍵因素機(jī)械密封端面摩擦特性參數(shù)的測(cè)試是機(jī)械密封試驗(yàn)研究和產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)中的關(guān)鍵技術(shù)。本文匯總了機(jī)械密封端面測(cè)試技術(shù)及摩擦特性參數(shù)。機(jī)械密封端面摩擦特性是決定機(jī)械密封工作壽命和密封性能好壞的關(guān)鍵因素機(jī)械密封端面摩擦特性參數(shù)的測(cè)試是機(jī)械密封試驗(yàn)研究和產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)中的關(guān)鍵技術(shù)。分析了表征機(jī)械密封端面摩擦特性的

2、常用性能參數(shù)介紹了端面摩擦扭矩、端面磨損量、端面溫度、端面流體膜厚及端面流體膜壓的測(cè)試技術(shù)探討了常用測(cè)試方法的優(yōu)缺點(diǎn)及難點(diǎn)。指出了消除測(cè)試過(guò)程中外部較大的干擾信號(hào)是提高測(cè)試精度和可靠性的關(guān)鍵而基于傳感技術(shù)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與處理是機(jī)械密封端面摩擦特性參數(shù)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。機(jī)械密封端面摩擦特性長(zhǎng)久以來(lái)都是機(jī)械密封研究人員最為關(guān)心的問題之一因?yàn)樗菦Q定機(jī)械密封工作壽命和密封性能好壞的關(guān)鍵因素。近年來(lái)機(jī)械密封的端面摩擦特性研究雖然已取得了很大

3、的進(jìn)展但由于密封結(jié)構(gòu)和工況千差萬(wàn)別至今尚未形成完整的理論體系學(xué)術(shù)界對(duì)密封摩擦機(jī)制的分析理解還很不一致。機(jī)械密封端面摩擦特性試驗(yàn)研究無(wú)論對(duì)密封理論體系的建立或是對(duì)指導(dǎo)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)和使用均十分必要而端面摩擦特性參數(shù)的測(cè)試則是試驗(yàn)中的關(guān)鍵技術(shù)。1、表征機(jī)械密封端面摩擦特性的常用性能參數(shù)、表征機(jī)械密封端面摩擦特性的常用性能參數(shù)與機(jī)械密封端面摩擦特性直接有關(guān)的性能參數(shù)主要包括端面摩擦扭矩、端面磨損量、端面溫度、端面流體膜厚及膜壓。1.1、端面

4、摩擦扭矩、端面摩擦扭矩端面摩擦扭矩是影響機(jī)械密封工作性能的重要參數(shù)決定著機(jī)械密封運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦功耗、端面磨損量、摩擦發(fā)熱量以及端面溫度等工作參數(shù)。隨著機(jī)械密封技術(shù)的不斷發(fā)展機(jī)械密封的使用量越來(lái)越大提高機(jī)械密封的密封性能和工作壽命一直是人們密切關(guān)注的問題。端面摩擦扭矩反映了機(jī)械密封端面狀況端面摩擦扭矩大磨損相對(duì)增大工作壽命縮短。端面摩擦扭矩的測(cè)試與控制對(duì)保證機(jī)械密封性能和延長(zhǎng)使用壽命有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2、端面磨損量、端面磨損量磨損

5、量是指機(jī)械密封運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間后密封端面在軸向長(zhǎng)度上的磨損值。機(jī)械密封摩擦副端面的磨損是運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中發(fā)生摩擦的必然結(jié)果也是機(jī)械密封的主要失效形式因此端面磨損是影響機(jī)械密封正常工作壽命的重要因素。機(jī)械密封的主要發(fā)展方向之一就是要在泄漏率允許的范圍內(nèi)控制磨損使?jié)櫥_(dá)到最佳狀態(tài)。研究機(jī)械密封磨損規(guī)律對(duì)于機(jī)械密封結(jié)構(gòu)合理設(shè)計(jì)、工況條件優(yōu)化材料評(píng)價(jià)選擇以及提高使用性能等都有重要意義。精確測(cè)量在役機(jī)械密封端面摩擦扭矩有利于機(jī)械密封工作壽命的提高和泄漏率的

6、控制。然而正常工作時(shí)機(jī)械密封端面摩擦扭矩較小傳感器輸出量較小特別是高參數(shù)(高轉(zhuǎn)速、高壓力、高溫)下機(jī)械密封端面摩擦扭矩信號(hào)往往被測(cè)量過(guò)程中其它信號(hào)甚至是干擾所淹沒。因而實(shí)際工況下難以通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)密封腔或在電動(dòng)機(jī)與密封主軸之間安裝扭矩傳感器來(lái)測(cè)試機(jī)械密封端面摩擦扭矩。為避開主要耗功設(shè)備及軸承摩擦扭矩對(duì)機(jī)械密封端面摩擦扭矩測(cè)量的影響孫見君等在靜環(huán)之后設(shè)置了扭矩傳感器提高了測(cè)量精度。2.2、端面磨損量的測(cè)試技術(shù)、端面磨損量的測(cè)試技術(shù)機(jī)械密封產(chǎn)品型

7、式試驗(yàn)中通常采用密封環(huán)試驗(yàn)前后的長(zhǎng)度之差來(lái)測(cè)量端面磨損量也可采用密封環(huán)試驗(yàn)前后的重量之差換算出磨損量。長(zhǎng)度測(cè)量?jī)x一般選用千分尺也可采用光學(xué)測(cè)長(zhǎng)儀。如果磨損量很小可以用表面輪廓儀(泰勒儀)來(lái)測(cè)摩擦副寬環(huán)端面的磨損量。對(duì)于窄環(huán)端面由于磨損后原來(lái)的基準(zhǔn)已不復(fù)存在但可以用“比較法”來(lái)測(cè)量(用光學(xué)測(cè)長(zhǎng)儀對(duì)塊規(guī)與窄環(huán)試驗(yàn)前后的高度進(jìn)行比較)或者用“劃痕法”來(lái)測(cè)量即在不影響性能的前提下在窄環(huán)端面上沿周向刻上2～4條很淺的劃痕一般為5～10μm用泰勒儀

8、測(cè)量試驗(yàn)前后的劃痕深度便可測(cè)量出微量磨損。由于采用拆卸密封摩擦副測(cè)量累計(jì)磨損量的方法會(huì)破壞摩擦副的摩擦和配合狀態(tài)使變工況磨損量的測(cè)試產(chǎn)生較大的誤差。因此不拆卸摩擦副甚至于連續(xù)動(dòng)態(tài)測(cè)試磨損量將是研究機(jī)械密封磨損過(guò)程的理想方法。郝點(diǎn)等在機(jī)械密封端面磨損試驗(yàn)中采用了電阻磨損測(cè)試法在不拆卸摩擦副的情況下測(cè)試了不同工況下碳石墨環(huán)的磨損變化量。其測(cè)試原理是在密封環(huán)摩擦端面下嵌入電阻率一定的條形薄電阻片并加以絕緣摩擦副工作時(shí)電阻片與摩擦端面一起磨損電

9、阻片截面積受磨損而減小引起電阻值增加。測(cè)出電阻變化值便可推算出密封端面的磨損量。2.3、端面溫度的測(cè)試技術(shù)、端面溫度的測(cè)試技術(shù)機(jī)械密封端面溫度的測(cè)量方法主要有熱電阻法、熱電偶法和非接觸紅外測(cè)量法等。熱電阻溫度傳感器測(cè)量精度高、響應(yīng)速度快因而在測(cè)量端面溫度時(shí)能直觀地反映密封面的摩擦發(fā)熱情況。它的缺點(diǎn)是測(cè)量精度相對(duì)較低、線性差、老化快、對(duì)環(huán)境溫度敏感性大且體積較大難以多點(diǎn)測(cè)量。用于測(cè)量流體潤(rùn)滑狀態(tài)下的機(jī)械密封端面溫度時(shí)效果較好在混合摩擦狀態(tài)

10、下測(cè)試數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較差。熱電偶溫度傳感器可以做得很小因而可方便地埋設(shè)于密封環(huán)內(nèi)且便于多點(diǎn)測(cè)量。該類傳感器的最顯著特點(diǎn)是測(cè)試精度高、相對(duì)穩(wěn)定性好其缺點(diǎn)是響應(yīng)速度不如熱電阻溫度傳感器。紅外測(cè)溫法是利用紅外光譜進(jìn)行測(cè)溫的一種方法能實(shí)現(xiàn)端面溫度的連續(xù)、實(shí)時(shí)測(cè)試但是因受表面發(fā)射率、周圍環(huán)境等許多因素的影響其測(cè)溫精度通常低于熱電偶的測(cè)溫精度特別是紅外熱像儀價(jià)格昂貴因而難以推廣使用。TPWill利用在密封環(huán)內(nèi)埋設(shè)熱電偶的方法對(duì)密封端面沿徑向和軸向的溫度