颗粒介质用机械密封热力耦合变形及摩擦磨损研究

• 作者: 马润梅 赵祥 李双喜 刘兴华 许灿
• 来源期刊: 化工学报
• 关键词: 机械密封 热力耦合 模拟 磨损 颗粒物料 硬质材料
• 年，卷（期）: 2021,（11）
• 所属期刊栏目: 表面与界面工程
• 页码范围: 5726-5737
• 页数: 11页
• 分类号: TB42
• 语种: 中文
• DOI: 10.11949/0438-1157.20210932

摘要

在含有颗粒介质的工作环境中下，硬质材料配对机械密封环的热力耦合变形和摩擦磨损对机械密封的泄漏和使用寿命起着至关重要的作用。考虑动静环和颗粒介质的摩擦，试验测定了摩擦系数，建立了动静环热力耦合的有限元计算模型，研究了WC-Co硬质合金和无压烧结碳化硅(SSiC)陶瓷两种硬质材料密封的温度场和端面变形规律，分析了不同工况下的密封间隙变化规律。试验测试分析了密封环温度、磨损前后的泄漏及表面粗糙度，讨论了端面的磨损机理，验证了计算模型的准确性。结果表明：考虑动环磨粒摩擦热的有限元模型能准确地预测密封的温度和端面变形；耦合作用下动静环端面呈现外径脱离、内径贴合的变形，且变形差异程度随压差和转速的增大而加剧；变形导致端面磨痕分布不均匀，内径磨痕较严重。WC-Co硬质合金配对密封环的端面变形小、泄漏量小，高硬度WC颗粒对Co基体能产生很好的“阴影效应”，具有良好的耐磨粒磨损性能。SSiC陶瓷材料韧性差，易产生片状磨屑，形成过渡型磨粒磨损，材料耐磨性较差，泄漏量增加明显。在磨粒工况下，WC-Co硬质合金机械密封具有泄漏小、耐磨性强的特点。研究结果为颗粒介质中机械密封的材料应用及设计优化提供了参考。