对机械密封补偿机构中辅助密封圈动态特性的研究

2018-01-30吕朝勇

中国设备工程 2018年14期

吕朝勇

（广东众和化塑有限公司，广东茂名 525000）

在对机械密封中具有补偿能力的密封环作为补偿时，由于其能够将补偿环与相关零件进行密封处理，并在这一过程中，能够影响密封系统的使用年限，因此在实际的应用中，需要保障补偿环进行移动，达到补偿微动的作用，提高密封的追随性和浮动性。另外，由于辅助密封圈具有多种形式，不同形式的密封圈的密度不同，需要将密封圈合理设计安装，避免密封处发生泄漏。

1 理论分析

1.1 辅助密封圈的摩擦机理

在对辅助密封圈的摩擦机理进行理论分析的过程中，可以通过以下两个方面来了解，第一，由于橡胶的材料具有高弹性、高分子的特点，在没有润滑剂使用橡胶的过程中，其表面能够与基础面产生一定的摩擦力，其粘着面产生的滞后现象为橡胶弹性与粘黏性的综合现象。第二，橡胶在摩擦的过程中，由于其具有一定的黏着摩擦力、滞后摩擦力等之外，还能够将橡胶与接触面之间的摩擦力减小，呈现出流动润滑的状态，在滑动的过程中，产生润滑水膜，在运动的过程中，具有动力滑水、粘性滑水、微弹流润滑的机理。

1.2 橡胶材料的本构关系

由于橡胶具有一定的弹性，其在变形的过程中，具有较强的材料非线性和几何非线性，由于这一特点，难以快速对其进行计算。为了改善这一问题，相关学者将橡胶材料的本构关系进行整理。

1.3 与沟槽的接触问题

辅助密封圈在与沟槽接触的过程中，由于这一接触方式为非线性，在接触的过程中，可以将其看做为柔面与刚性面的接触，在解决接触问题的过程中，可以使用约束法、子结构法等方式进行求解，满足可贯穿的条件，保障接触变形情况更加准确。

1.4 建立计算模型

在对密封圈进行合理设计的过程中，需要对实验中的沟槽、密封圈等方面进行合理构建，并准备不同大小不同密度的密封圈，通过这样的方法开展实验，能够使其具有一定的准确性。另外，在建立计算模型的过程中，需要构建合理的几何模型，通过这样的方法，能够提高实验的准确性。

1.5 边界条件和载荷条件

在使用密封圈的过程中，其加载过程分为两个加载步骤，第一，在使用密封圈的过程中，需要先将轴进行移动，在其移动的过程中，移动的单位为单边压缩量，使密封圈得到压缩。第二，在对加载密封圈的过程中，需要在介质的一段施加压力，使密封圈能够完成模拟实验。

2 对机械密封补偿机构中辅助密封圈动态特性的研究

2.1 实验方法

在使用辅助密封圈的动态特征进行研究的过程中，可以通过实验的方法，测量密封圈的摩擦力，具体可以通过以下两个方面来了解，第一，在进行实验的过程中，由于其主要结构为密封压力源、往复运动系统、测量系统等，其中对密封压力源进行处理的过程中，使用手动高压泵的方式进行处理。例如：在实验的过程中，先将高频实验机启动，之后将实验机的上下夹头调整到合适的位置并夹紧，再将压力供应系统进行调整，并通过计算机控制实验中各部分，进而完成单元加载。第二，在进行实验的过程中，为了保障实验结果的准确性，可以将橡胶大小进行改变，并多次进行实验，提高实验的准确性。通过这样的方法对密封圈特性进行研究，能够提高实验结果的准确性，为特性分析提供准确的理论依据。

2.2 实验结果

在使用辅助密封圈的动态特征进行研究的过程中，可以通过实验的方法，对实验结果进行分析，具体可以通过以下两个方面来了解，第一，在实验之后，需要对实验数据进行合理处理，例如在这一过程中，可以使用普罗尼级数据拟合的方法对数据进行整理，并在整理之后，将数据用图的方式进行分析。第二，通过图表可以了解到，摩擦系数能够随着滑动速度和所受的压力而改变，并在水润滑的条件下，橡胶在运动的过程中，能够形成润滑水膜，减小摩擦力，在摩擦系数小于干摩擦系数的过程中，摩擦系数随着介质压力的不断提高而增大，通过这样的方法，能够了解到橡胶圈在水润的状态下，其润滑特性与摩擦系数有关，在对机械进行密封的过程中，当其具有良好的润滑介质时，能够对密封圈有一定的补偿。

2.3 实验结论

在使用辅助密封圈的动态特征进行研究的过程中，可以通过实验的方法，对实验结论进行分析，具体可以通过以下三个方面来了解，第一，在进行这一实验的过程中，由于机械密封补偿的过程中，其数据在不断改变，其不是密封的，密封环在运行的过程中角受到微动，这一过程可以作为轴向往复运动，可以通过普罗尼级数据拟合的方法进行计算，进而得出密封圈运动的泄漏量。第二，为了使密封圈在运动的过程中不泄漏，需要其在运行的过程中，受压侧受到的力大于非侧压的力，使其能够在实际的应用中，改善密封轴的渗水压力。另外，在安装的过程中，密封轴还容易发生渗水压力，为了改善这一问题，可以在其中使用O形密封圈，并将其作为辅助密封，保障系统的正常运行。第三，在对密封轴进行处理的过程中，由于其可能密封有毒液体，在运行的过程中，需要使用O形密封圈，保障渗漏不再发生，提高运行效率。

3 影响辅助密封圈运行的原因

在使用辅助密封圈的动态特征进行研究的过程中，可以通过实验的方法，对实验结论进行分析，具体可以通过以下四个方面来了解，第一，在不同的介质下，气体润滑和水润滑具有不同的效果，在水润滑中，其能够根据时域的变化而变化，并在这一过程中，其润滑效果比气体为介质的润滑效果好。第二，通过实验，可以了解到加载频率对密封圈的运行具有一定的影响，为了了解这一影响，可以根据数据制作出相应的拟合曲线，并对曲线进行合理分析，将拟合结果带入到方程中，获得轴向动态刚度和阻尼值。通过对数据的分析，可以了解到：密封圈在运行的过程中，其受到的阻值越大，动态刚度越大。第三，加载位移对密封圈有一定的影响，在对这一部分进行总结的过程中，可以将拟合结果带入到方程中，对数据进行总结和分析，可以了解到，随着位移量的增加，密封圈的轴向动态和阻值都在变小。第四，在密封圈在水润和气体润滑两种状态下，密封圈的运动随着阻尼的变化而变化，通过对数据变化的观察，可以了解到，密封圈在一定的转速之内，阻尼随着转速的加快而变小。