機械密封端面測試技術(shù)及摩擦特性參數(shù)

1、機械密封端面測試技術(shù)及摩擦特性參數(shù)機械密封端面測試技術(shù)及摩擦特性參數(shù)核心提示：機械密封端面摩擦特性是決定機械密封工作壽命和密封性能好壞的關(guān)鍵因素機械密封端面摩擦特性參數(shù)的測試是機械密封試驗研究和產(chǎn)品質(zhì)量評價中的關(guān)鍵技術(shù)。本文匯總了機械密封端面測試技術(shù)及摩擦特性參數(shù)。機械密封端面摩擦特性是決定機械密封工作壽命和密封性能好壞的關(guān)鍵因素機械密封端面摩擦特性參數(shù)的測試是機械密封試驗研究和產(chǎn)品質(zhì)量評價中的關(guān)鍵技術(shù)。分析了表征機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試技術(shù)探討了常用測試方法的優(yōu)缺點及難點。指出了消除測試過程中外部較大的干擾信號是提高測試精度和可靠性的關(guān)鍵而基于傳感技術(shù)的計算機數(shù)據(jù)采集與處理是機械密封端面摩擦特性參數(shù)測試技術(shù)的發(fā)展趨勢。機械密封端面摩擦特性長久以來都是機械密封研究人員最為關(guān)心的問題之一因為它是決定機械密封工作壽命和密封性能好壞的關(guān)鍵因素。近年來機械密封的端面摩擦特性研究雖然已取得了很大

3、的進展但由于密封結(jié)構(gòu)和工況千差萬別至今尚未形成完整的理論體系學(xué)術(shù)界對密封摩擦機制的分析理解還很不一致。機械密封端面摩擦特性試驗研究無論對密封理論體系的建立或是對指導(dǎo)產(chǎn)品的設(shè)計、檢驗和使用均十分必要而端面摩擦特性參數(shù)的測試則是試驗中的關(guān)鍵技術(shù)。1、表征機械密封端面摩擦特性的常用性能參數(shù)、表征機械密封端面摩擦特性的常用性能參數(shù)與機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械密封工作性能的重要參數(shù)決定著機械密封運轉(zhuǎn)時的摩擦功耗、端面磨損量、摩擦發(fā)熱量以及端面溫度等工作參數(shù)。隨著機械密封技術(shù)的不斷發(fā)展機械密封的使用量越來越大提高機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械密封端面狀況端面摩擦扭矩大磨損相對增大工作壽命縮短。端面摩擦扭矩的測試與控制對保證機械密封性能和延長使用壽命有著十分重要的現(xiàn)實意義。1.2、端面磨損量、端面磨損量磨損

5、量是指機械密封運轉(zhuǎn)一定時間后密封端面在軸向長度上的磨損值。機械密封摩擦副端面的磨損是運轉(zhuǎn)過程中發(fā)生摩擦的必然結(jié)果也是機械密封的主要失效形式因此端面磨損是影響機械密封正常工作壽命的重要因素。機械密封的主要發(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_到最佳狀態(tài)。研究機械密封磨損規(guī)律對于機械密封結(jié)構(gòu)合理設(shè)計、工況條件優(yōu)化材料評價選擇以及提高使用性能等都有重要意義。精確測量在役機械密封端面摩擦扭矩有利于機械密封工作壽命的提高和泄漏率的

6、控制。然而正常工作時機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)下機械密封端面摩擦扭矩信號往往被測量過程中其它信號甚至是干擾所淹沒。因而實際工況下難以通過轉(zhuǎn)動密封腔或在電動機與密封主軸之間安裝扭矩傳感器來測試機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機械密封端面摩擦扭矩測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量精度。2.2、端面磨損量的測試技術(shù)、端面磨損量的測試技術(shù)機械密封產(chǎn)品型

7、式試驗中通常采用密封環(huán)試驗前后的長度之差來測量端面磨損量也可采用密封環(huán)試驗前后的重量之差換算出磨損量。長度測量儀一般選用千分尺也可采用光學(xué)測長儀。如果磨損量很小可以用表面輪廓儀(泰勒儀)來測摩擦副寬環(huán)端面的磨損量。對于窄環(huán)端面由于磨損后原來的基準已不復(fù)存在但可以用“比較法”來測量(用光學(xué)測長儀對塊規(guī)與窄環(huán)試驗前后的高度進行比較)或者用“劃痕法”來測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、測量試驗前后的劃痕深度便可測量出微量磨損。由于采用拆卸密封摩擦副測量累計磨損量的方法會破壞摩擦副的摩擦和配合狀態(tài)使變工況磨損量的測試產(chǎn)生較大的誤差。因此不拆卸摩擦副甚至于連續(xù)動態(tài)測試磨損量將是研究機械密封磨損過程的理想方法。郝點等在機械密封端面磨損試驗中采用了電阻磨損測試法在不拆卸摩擦副的情況下測試了不同工況下碳石墨環(huán)的磨損變化量。其測試原理是在密封環(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、端面溫度的測試技術(shù)、端面溫度的測試技術(shù)機械密封端面溫度的測量方法主要有熱電阻法、熱電偶法和非接觸紅外測量法等。熱電阻溫度傳感器測量精度高、響應(yīng)速度快因而在測量端面溫度時能直觀地反映密封面的摩擦發(fā)熱情況。它的缺點是測量精度相對較低、線性差、老化快、對環(huán)境溫度敏感性大且體積較大難以多點測量。用于測量流體潤滑狀態(tài)下的機械密封端面溫度時效果較好在混合摩擦狀態(tài)

10、下測試數(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)且便于多點測量。該類傳感器的最顯著特點是測試精度高、相對穩(wěn)定性好其缺點是響應(yīng)速度不如熱電阻溫度傳感器。紅外測溫法是利用紅外光譜進行測溫的一種方法能實現(xiàn)端面溫度的連續(xù)、實時測試但是因受表面發(fā)射率、周圍環(huán)境等許多因素的影響其測溫精度通常低于熱電偶的測溫精度特別是紅外熱像儀價格昂貴因而難以推廣使用。TPWill利用在密封環(huán)內(nèi)埋設(shè)熱電偶的方法對密封端面沿徑向和軸向的溫度