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基于随机过程的密封端面形貌拟合与分析

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基于随机过程的密封端面形貌拟合与分析

发布日期:2019-03-07 作者:东台市光明机械密封有限公司 点击:

摘要机械密封的端面形貌对密封性能和寿命具有显著影响。实际密封环表面形貌主要特征表现为,局部具有随机性,而整体具有统计规律,这种规律般用租精度和相关长度表征。 本文针对该问题,基于随机过程与时间序列理论模拟机械密封端面形貌,在此基础上利用有限差分法对极坐标下的雷诺方程进行了求解,并对端面润滑状态进行了数值伤真。仿真结果能够反映实际端面参数变化规律,表明随机过程用F端面形貌模拟具有可行性,为更加准确的机械密封数学模型建立提供了思路

机械密封

前言


      当机械密封动环与静环材质确定,密封性能与端面形貌有着直接的关系。不同的端面形貌下,稳态液膜的厚度和压力分布也会随之改变,宏观表现为不同的泄漏率和摩擦扭矩,直接影响机械密封的性能和使用寿命1.2]。因此需要通过数学或实验的方法拟合端面形貌,进而对实际端面稳态进行分析。


      机械密封端面形貌尽管局部表现出随机性,但是现有的研究表明,在端面轴向和径向上,粗糙表面轮廓高度和长度具有统计学规律,在该方向的研究也逐渐深入。从Heinze的理想平行端面模型到Mayer的平行粗糙端面模型,端面形貌的数学表征逐渐深化并趋向于真实情况。除了传统的高度标准差等,高斯过程和分形理论等新的数学表达也应用到机械密封上。孙见君等基于分形理论获得的表面形貌相较于其他方法,能够反映实际端面形貌的几何自相似性和自放射性3]。随着微观表面的观察手段的进步,通过实验观察真实的动静环微观形貌,利用统计学的方法进行分析,同样可以获得较为准确的模型。微观形貌的变化是端面密封性能退化的分析依据之- .利用实验离线测量的结果验证数学退化模型的正确性,成为研究机械密封的重要手段

  结合上述分析,本文在已有的研究基础之上,以机载泵用机械密封为研究对象,采用随机过程与时间序列,拟合端面三维模型。在此基础上,本文利用有限差分方程对极坐标状态下的雷诺方程进行求解,进而对密封端面的流体润滑状态进行数值仿真。

  机械密封

2机械密封结构即参数设置

本文研究对象如图1所示,该密封结构主要包含五部分,依次为皮碗、保持圈、弹簧、静环以及动环。皮碗和保持圈限定弹簧周向移动,保证弹簧始终平行于轴线。采用静环补偿的结构能够避免预

紧件(如弹簧等)随轴转动,进一步减小密封件整形貌。


3表面形貌拟合

实际密封端面微凸体高度分布一般都满足高的尖峰,微凸体高度在0~1μm随机分布,整体趋斯模型,其表面轮廓呈现指数自相关函数关系,随势较为缓和。该拟合结果符合实际端面形貌基本特

征,为后文润滑参数求解提供依据。机过程理论模型为计算机模拟粗糙表面的形貌提供


4雷诺方程求解和油膜参数方程了可能。进而为表面形貌(如润滑、摩擦及磨损等)的数值分析提供数据。基于此种理论,本文采用了求解雷诺方程的数值方法包括有限差分法、有.种基于随机过程与时间序列的粗糙形貌模拟方法,限体积法、边界元法和有限元法等。其中,有限差

这种方法可以随机模拟任意自相关函数的随机粗糙


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关键词:密封机械,204密封机械,204机械密封

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