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):
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