基于逾渗理论的机械密封泄漏实验研究开题报告

全文总字数：5803字

1. 研究目的与意义

1研究目的

为揭示并验证接触式机械密封泄漏机制

2 研究意义

2. 国内外研究现状分析

1接触式机械密封泄漏通道模型研究现状

heinze假设密封间隙的流体遵守流体动力学规律，认为通过该间隙的流体为层流运动，建立了理想光滑平面模型；但此模型未能计及表面形貌对密封间隙的影响，使得其工程应用存在很大的局限性和误差。mayer考虑了动、静环表面上的粗糙微凸体的分布，认为流体膜厚不是一成不变的，并将粗糙微凸体之间非接触区域形成的通道简化为平均间隙泄漏模型；但此模型未能计及由于轴向力引起的密封端面弹塑性变形导致的端面相互接触程度。lebeck在考虑动、静环的绕曲、力变形、热变形、加工过程及材料稳定后，给出了用傅立叶公式描述的具有波度的界面间隙；随后，lebeck、elhanafi等综合考虑接触界面的粗糙度和波度后，将接触界面通道表示成锥形密封界面模型；彭旭东等考虑了应力和温度作用使得密封界面产生变形，从而发生收敛间隙或者扩散间隙，建立了密封环因外径受压而使得密封界面在径向上出现收敛锥度的密封泄漏模型；但锥面机械密封泄漏模型未能计及粗糙度和环向波度对泄漏损失的贡献。上述这些模型都是建立在端面表面形貌不变、端面摩擦工况恒定的假设条件下的，未考虑到实际中机械密封从一开始工作到失效，端面表面粗糙度、波度和锥度是不断变化的，其泄漏率也是随端面形貌变化而不断变化的。

1991年majumdar等提出m-b分形理论，为机械密封端面泄漏通道的研究提供了新的方法；孙见君等基于分形理论将机械密封界面简化为刚性理想光滑平面和粗糙表面的接触，利用分形参数表征密封界面具有的粗糙度、波度和锥度在所有尺度上的不规则性，建立了与时间相关的分形泄漏率预测模型，研究了密封端面形貌、接触压力以及端面磨损后的形貌变化等因素对泄露率的影响；green考虑到密封界面磨损对密封界面锥度的改变，认为密封端面的模型是随时间不断变化的，提出了一种可预测不同时间下的泄漏量和动态性的界面间隙模型；基于分形理论的机械密封泄漏模型，揭示了端面形貌变化与机械密封泄漏率之间的关系，以及泄漏率与时间的关系，但此模型是在刚性理想光滑平面与粗糙表面的接触，流道长度较小的假设下建立的，未考虑到机械密封的动静环端面在周向和径向都存在粗糙度、波度以及径向上的锥度，未建立三维粗糙接触模型。

3. 研究的基本内容与计划

1研究内容

（1）考察密封端面分形参数；

（2）分形参数的计算方法；

4. 研究创新点

（1）现有的密封界面间泄漏通道的研究以及建立的相应计算体系和仿真模型，大多基于粗糙度的平均间隙或规则的余弦间隙沿周向阵列、径向呈辐射状分布的微通道进行分析。实际上，组成密封的两个表面均存在着凸点和凹坑，具有强无序和随机特征，彼此相互接触后形成密封界面的通道，仅仅采用简化的几何模型描述是不准确的，本课题应用逾渗理论建立整个密封界面的微通道计算模型，可以将端面粗糙度、波度、锥度等影响因素通过孔隙及固粒形式反映出来，是解决接触式机械密封泄漏机制的一个突破点。 （2）国外一些将逾渗理论和密封端面泄漏模型相结合的文献，依赖二维系统中逾渗理论的结果得出二维逾渗通道，通道高度再由两密封面的表面统计特征、接触理论得出，没有考虑到动静环粗糙度凹凸坑间的相互嵌合，本课题理论部分建立三维仿真软件以模拟粗糙表面间的嵌合作用，再计算相应的逾渗点大小，这样能够更准确的建立出密封界面的泄漏微通道模型。

（3）本课题在建立理论模型后，进行动态、静态实验操作来验证理论值，尽可能贴切实际操作工况，为避免频繁停机更换备件或维修不及时造成大量泄漏，达到节能减排、保护环境和高效安全使用提供数据基础。