機械密封復合密封環(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，在鋼、銅等基體表面制備硬質耐磨覆層得到的機械密封復合密封環(huán)，綜合利用了覆層與基體材料的優(yōu)良特性。然而，實際工程中當操作條件苛刻和覆層結構設計不合理時，復合密封環(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轉試驗等方面展開深入研究，以期指導覆層端面的設計開發(fā)，推廣其工程應用。
　　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上，建立了準確的覆

2、層端面數(shù)值計算模型。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），覆層表面最大拉應力（σmax）、主界面最大切應力(τmax)、側界面最大切應力（σcmax）和最大法向拉應力(τcmax)作為覆層端面性能的評定指標。
　　分析了覆層端面的結構參數(shù)和材料參數(shù)對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、轉速和介質溫度）對覆層端面性能的影響。結果表明，覆層端面超出其適用的操作參數(shù)會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力強度因子隨特征參數(shù)的變化規(guī)律。分析了覆層端面結構參數(shù)，材料參數(shù)和操作參數(shù)對應力強度因子的影響。覆層表面裂紋為Ⅰ

4、型裂紋，各參數(shù)對覆層表面裂紋K1值的影響，與對覆層表面最大拉應力的影響規(guī)律是一致的。根據(jù)研究結果，進一步提出了覆層端面的制備和檢修建議。
　　研制了機械密封試驗系統(tǒng)，實測了覆層端面的摩擦扭矩和靜環(huán)溫度，并與數(shù)值計算結果進行了對比。觀測了大量已開裂的機械密封復合密封環(huán)，分析了覆層端面裂紋特征與數(shù)值分析結果之間的關系。試驗研究結果與數(shù)值分析結果具有良好的一致性，驗證了本文對覆層端面數(shù)值分析結果的可靠性。
　　本文對機械密封復合密