Page 139 - 《摩擦学学报》2020年第4期
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第 4 期 周宇坤, 等: 机械密封动环外周表面织构换热机理及结构优化 549
334.4 No.1 No.6 能得到改善.
Average end face temperature/K 334.0 No.4 No.9 佳对流换热效果:旋转角为90°,深径比为0.04~0.15,
c. 等边三角形织构的几何参数取如下值具有最
No.2
No.7
334.2
No.3
No.8
No.10
No.5
织构排数3~5排,排间距0.6~1.2 mm,偶数排织构数少
333.8
于奇数排织构数且相邻两排的织构错位排列.
333.6
333.4
参 考 文 献
333.2
333.0 [ 1 ] Brunetière N, Tournerie B, Frěne, et al. A simple and easy-to-use
1 2 3 4 5 6 7 TEHD model for non-contacting liquid face seals[J]. Tribology
Spanwise, α/(°)
Transactions, 2003, 46(2): 187–192. doi: 10.1080/1040200030898
Fig. 20 Relationship between the temperature and different 2615.
arrays
[ 2 ] Tetsuya T, Ishiaku U S, Mizoguchi M, et al. The effect of heat
图 20 不同排列方式对温度的影响
sealing temperature on the properties of OPP/CPP heat seal I.
Mechanical properties[J]. Journal of Applied Polymer Science,
大,将有助于换热效果提高. 但是在奇数层织构数目
2005, 97(3): 753–760. doi: 10.1002/app.21320.
减少的时候,其换热效果要差于行织构数目相等的情
[ 3 ] Peng X D, Xie Y B, Gu Y Q. Evaluation of mechanical face seals
况. 通过对比2、4、9和10组,可以看出靠近端面的织构 operating with hydrocarbon mixtures[J]. Tribology International,
在换热过程中承担更重要的角色. 2003, 36(3): 199–204. doi: 10.1016/S0301-679X(02)00172-X.
同时,通过设立织构的途径去增加换热效果而降 [ 4 ] Hu Qiong, Sun Jianjun, Ma Chenbo, et al. Theoretical prediction of
低密封环的端面温度,需要考虑织构在旋转时在流场 mixed frictional heat of mechanical seals based on shoulder-shoulder
中搅拌所产生的功耗. 通过Fluent软件计算可得出包 contact model of asperities[J]. Journal of Mechanical Engineering,
2017, 53(21): 102–108 (in Chinese) [胡琼, 孙见君, 马晨波, 等. 基
含织构的织构旋转面和普通旋转面的扭矩,随后通过
于微凸体侧接触模型的机械密封端面混合摩擦热理论预测[J]. 机
[27]
下列公式 计算搅拌功率:
械 工 程 学 报 , 2017, 53(21): 102–108]. doi: 10.3901/JME.2017.
Mn 21.102.
W = (7)
9549 [ 5 ] Gao Binchao, Meng Xiangkai, Li Jiyun, et al. Thermal-mechanical
式中:M为扭矩,n为转速. coupled finite element model and seal performance analysis of
在满足计算精度的基础上,通过计算得到织构型 mechanical seal[J]. Tribology, 2015, 35(5): 550–556 (in Chinese)
机械密封相对普通型机械密封的搅拌功耗增加不到 [高斌超, 孟祥铠, 李纪云, 等. 机械密封热力耦合有限元模型与密
-3
7%,具体数值为增加3.3×10 W,而在设立织构后密 封性能分析[J]. 摩擦学学报, 2015, 35(5): 550–556].
封环端面温度相比普通环端面温度降低11%,此效果 [ 6 ] Yang Q, Gao C F. An experimental and theoretical study of pressure
考虑了织构对流体的搅动升温影响. 通过物理热量公 and thermal distortions in a mechanical seal[J]. ASLE Transactions,
[28]
式 计算为减小了1.06 W的冲洗降温功率,保证了在 2016, 29(2): 151–159.
[ 7 ] Migout F, Brunetière N, Tournerie B. Study of the fluid film
功耗增加不大的情况下达到了显著降低端面温升的
vaporization in the interface of a mechanical face seal[J]. Tribology
目的,改善了密封性能.
International, 2015, 92: 84–95. doi: 10.1016/j.triboint.2015.05.029.
4 结论 [ 8 ] Yan Yutao, Li Xuejuan, Hu Guangyang, et al. Friction/wear
behaviors and prediction of graphite seal material under high
a. 动环外周面织构具有增强对流换热效果的能 temperature[J]. Journal of Aerospace Power, 2014, 29(2): 314–320
力,而这种能力起因于流体在织构内部的变向流动和 (in Chinese) [闫玉涛, 李雪娟, 胡广阳, 等. 石墨密封材料高温摩擦
涡漩效应以及织构外部的流体湍动与高压差区域 磨损行为及预测[J]. 航空动力学报, 2014, 29(2): 314–320].
[ 9 ] Etsion I, Halperin G. A laser surface textured hydrostatic mechanical
形成.
seal[J]. Tribology Transactions, 2002, 45(3): 430–434. doi:
b. 在研究的圆形、椭圆形、矩形和等边三角形等
10.1080/10402000208982570.
不同织构中,顶角正对密封端面的等边三角形的具有
[10] Etsion I. State of the art in laser surface texturing[J]. Journal of
最强换热能力最好. 矩形织构效果最差,圆形和椭圆
Tribology, 2005, 127(1): 248–253. doi: 10.1115/1.1828070.
形居中;织构型机械密封相比于普通型机械密封,其 [11] Yuan S H, Huang W, Wang X L. Orientation effects of micro-
搅拌功耗增加,但是端面温度下降明显,因此密封性 grooves on sliding surfaces[J]. Tribology International, 2011, 44(9):