機械密封端面磨損率的一種簡易計算方法

2013-05-15 房桂芳 江蘇省流體密封與測控工程技術研究開發(fā)中心

  機械密封端面材料通常采用軟─硬組對形式,硬質環(huán)端面比軟質環(huán)端面光滑得多,且變形及磨損極小,可以簡化為剛性理想光滑平面。對于設計和使用合理的機械密封,其軟質端面的磨損形式主要表現(xiàn)為黏著磨損。工作時,機械密封端面間的接觸發(fā)生在軟質環(huán)端面較高的微凸體上。摩擦時接觸點處發(fā)生變形而產(chǎn)生黏著,隨后在滑動中黏著結點被摩擦力剪切破壞。這種黏著、破壞、再黏著的交替過程就構成黏著磨損。用來計算黏著磨損的方法很多,但大多都建立在Archard 磨損理論模型之上。Archard 于1953 年,在假設接觸的兩表面是由許多高度相等、半徑為r 的半球形微凸體組成的條件下,提出了黏著磨損的計算方法。圖1 是黏著結點的形成與破壞示意圖,圖中Fc為端面比壓,v 為端面平均線速度。

機械密封黏著結點的形成與破壞

(a) 黏著結點形成 (b) 黏著結點破壞

圖1機械密封黏著結點的形成與破壞

  顧永泉基于Archard 磨損理論給出了機械密封端面磨損率的一種簡易計算方法,其表達式為:

機械密封端面磨損率的一種簡易計算方法

  式中γ———機械密封端面磨損率,m

  Kw———磨損系數(shù),表示黏著結點產(chǎn)生磨屑的概率,與摩擦副材料和工作條件有關

  H2———軟質環(huán)材料的布氏硬度,Pa

  pc———密封端面比壓,Pa

  v———密封端面平均線速度,m/s,v = πrmn /30

  rm———密封端面平均半徑,m

  n ———轉速,r /min

  式(1) 中的磨損系數(shù)Kw是一相似準數(shù),為一概率系數(shù),例如Kw = 10 -6 即表面接觸點的每1000000 次接觸會產(chǎn)生一次磨損,它集中反應摩擦副端面的摩擦狀態(tài)、滑動速度、溫度、界面反應及材料性能的綜合影響,是摩擦學系統(tǒng)的函數(shù)。磨損系數(shù)Kw值越小,磨損越少,常由磨損試驗測算。真空技術網(wǎng)(http://www.mp99x.cn/)查閱到部分機械密封摩擦副材料的磨損系數(shù)Kw值值得注意的是,式(1) 是由Archard 黏著磨損理論模型得出的,它在某種程度上描述了機械密封端面磨損的一般規(guī)律,但是Archard 理論中假設微凸體是半徑均相同的半球體且沒有考慮摩擦力的影響,因此,這個磨損公式本身與工程實際有一定差距。