對(duì)機(jī)械密封補(bǔ)償機(jī)構(gòu)中輔助密封圈動(dòng)態(tài)特性的研究

呂朝勇

（廣東眾和化塑有限公司，廣東 茂名 525000）

在對(duì)機(jī)械密封中具有補(bǔ)償能力的密封環(huán)作為補(bǔ)償時(shí)，由于其能夠?qū)⒀a(bǔ)償環(huán)與相關(guān)零件進(jìn)行密封處理，并在這一過程中，能夠影響密封系統(tǒng)的使用年限，因此在實(shí)際的應(yīng)用中，需要保障補(bǔ)償環(huán)進(jìn)行移動(dòng)，達(dá)到補(bǔ)償微動(dòng)的作用，提高密封的追隨性和浮動(dòng)性。另外，由于輔助密封圈具有多種形式，不同形式的密封圈的密度不同，需要將密封圈合理設(shè)計(jì)安裝，避免密封處發(fā)生泄漏。

1 理論分析

1.1 輔助密封圈的摩擦機(jī)理

在對(duì)輔助密封圈的摩擦機(jī)理進(jìn)行理論分析的過程中，可以通過以下兩個(gè)方面來了解，第一，由于橡膠的材料具有高彈性、高分子的特點(diǎn)，在沒有潤(rùn)滑劑使用橡膠的過程中，其表面能夠與基礎(chǔ)面產(chǎn)生一定的摩擦力，其粘著面產(chǎn)生的滯后現(xiàn)象為橡膠彈性與粘黏性的綜合現(xiàn)象。第二，橡膠在摩擦的過程中，由于其具有一定的黏著摩擦力、滯后摩擦力等之外，還能夠?qū)⑾鹉z與接觸面之間的摩擦力減小，呈現(xiàn)出流動(dòng)潤(rùn)滑的狀態(tài)，在滑動(dòng)的過程中，產(chǎn)生潤(rùn)滑水膜，在運(yùn)動(dòng)的過程中，具有動(dòng)力滑水、粘性滑水、微彈流潤(rùn)滑的機(jī)理。

1.2 橡膠材料的本構(gòu)關(guān)系

由于橡膠具有一定的彈性，其在變形的過程中，具有較強(qiáng)的材料非線性和幾何非線性，由于這一特點(diǎn)，難以快速對(duì)其進(jìn)行計(jì)算。為了改善這一問題，相關(guān)學(xué)者將橡膠材料的本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行整理。

1.3 與溝槽的接觸問題

輔助密封圈在與溝槽接觸的過程中，由于這一接觸方式為非線性，在接觸的過程中，可以將其看做為柔面與剛性面的接觸，在解決接觸問題的過程中，可以使用約束法、子結(jié)構(gòu)法等方式進(jìn)行求解，滿足可貫穿的條件，保障接觸變形情況更加準(zhǔn)確。

1.4 建立計(jì)算模型

在對(duì)密封圈進(jìn)行合理設(shè)計(jì)的過程中，需要對(duì)實(shí)驗(yàn)中的溝槽、密封圈等方面進(jìn)行合理構(gòu)建，并準(zhǔn)備不同大小不同密度的密封圈，通過這樣的方法開展實(shí)驗(yàn)，能夠使其具有一定的準(zhǔn)確性。另外，在建立計(jì)算模型的過程中，需要構(gòu)建合理的幾何模型，通過這樣的方法，能夠提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

1.5 邊界條件和載荷條件

在使用密封圈的過程中，其加載過程分為兩個(gè)加載步驟，第一，在使用密封圈的過程中，需要先將軸進(jìn)行移動(dòng)，在其移動(dòng)的過程中，移動(dòng)的單位為單邊壓縮量，使密封圈得到壓縮。第二，在對(duì)加載密封圈的過程中，需要在介質(zhì)的一段施加壓力，使密封圈能夠完成模擬實(shí)驗(yàn)。

2 對(duì)機(jī)械密封補(bǔ)償機(jī)構(gòu)中輔助密封圈動(dòng)態(tài)特性的研究

2.1 實(shí)驗(yàn)方法

在使用輔助密封圈的動(dòng)態(tài)特征進(jìn)行研究的過程中，可以通過實(shí)驗(yàn)的方法，測(cè)量密封圈的摩擦力，具體可以通過以下兩個(gè)方面來了解，第一，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，由于其主要結(jié)構(gòu)為密封壓力源、往復(fù)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)等，其中對(duì)密封壓力源進(jìn)行處理的過程中，使用手動(dòng)高壓泵的方式進(jìn)行處理。例如：在實(shí)驗(yàn)的過程中，先將高頻實(shí)驗(yàn)機(jī)啟動(dòng)，之后將實(shí)驗(yàn)機(jī)的上下夾頭調(diào)整到合適的位置并夾緊，再將壓力供應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，并通過計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)中各部分，進(jìn)而完成單元加載。第二，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，為了保障實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，可以將橡膠大小進(jìn)行改變，并多次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。通過這樣的方法對(duì)密封圈特性進(jìn)行研究，能夠提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，為特性分析提供準(zhǔn)確的理論依據(jù)。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在使用輔助密封圈的動(dòng)態(tài)特征進(jìn)行研究的過程中，可以通過實(shí)驗(yàn)的方法，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，具體可以通過以下兩個(gè)方面來了解，第一，在實(shí)驗(yàn)之后，需要對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理處理，例如在這一過程中，可以使用普羅尼級(jí)數(shù)據(jù)擬合的方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，并在整理之后，將數(shù)據(jù)用圖的方式進(jìn)行分析。第二，通過圖表可以了解到，摩擦系數(shù)能夠隨著滑動(dòng)速度和所受的壓力而改變，并在水潤(rùn)滑的條件下，橡膠在運(yùn)動(dòng)的過程中，能夠形成潤(rùn)滑水膜，減小摩擦力，在摩擦系數(shù)小于干摩擦系數(shù)的過程中，摩擦系數(shù)隨著介質(zhì)壓力的不斷提高而增大，通過這樣的方法，能夠了解到橡膠圈在水潤(rùn)的狀態(tài)下，其潤(rùn)滑特性與摩擦系數(shù)有關(guān)，在對(duì)機(jī)械進(jìn)行密封的過程中，當(dāng)其具有良好的潤(rùn)滑介質(zhì)時(shí)，能夠?qū)γ芊馊τ幸欢ǖ难a(bǔ)償。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

在使用輔助密封圈的動(dòng)態(tài)特征進(jìn)行研究的過程中，可以通過實(shí)驗(yàn)的方法，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行分析，具體可以通過以下三個(gè)方面來了解，第一，在進(jìn)行這一實(shí)驗(yàn)的過程中，由于機(jī)械密封補(bǔ)償?shù)倪^程中，其數(shù)據(jù)在不斷改變，其不是密封的，密封環(huán)在運(yùn)行的過程中角受到微動(dòng)，這一過程可以作為軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，可以通過普羅尼級(jí)數(shù)據(jù)擬合的方法進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而得出密封圈運(yùn)動(dòng)的泄漏量。第二，為了使密封圈在運(yùn)動(dòng)的過程中不泄漏，需要其在運(yùn)行的過程中，受壓側(cè)受到的力大于非側(cè)壓的力，使其能夠在實(shí)際的應(yīng)用中，改善密封軸的滲水壓力。另外，在安裝的過程中，密封軸還容易發(fā)生滲水壓力，為了改善這一問題，可以在其中使用O形密封圈，并將其作為輔助密封，保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行。第三，在對(duì)密封軸進(jìn)行處理的過程中，由于其可能密封有毒液體，在運(yùn)行的過程中，需要使用O形密封圈，保障滲漏不再發(fā)生，提高運(yùn)行效率。

3 影響輔助密封圈運(yùn)行的原因

在使用輔助密封圈的動(dòng)態(tài)特征進(jìn)行研究的過程中，可以通過實(shí)驗(yàn)的方法，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行分析，具體可以通過以下四個(gè)方面來了解，第一，在不同的介質(zhì)下，氣體潤(rùn)滑和水潤(rùn)滑具有不同的效果，在水潤(rùn)滑中，其能夠根據(jù)時(shí)域的變化而變化，并在這一過程中，其潤(rùn)滑效果比氣體為介質(zhì)的潤(rùn)滑效果好。第二，通過實(shí)驗(yàn)，可以了解到加載頻率對(duì)密封圈的運(yùn)行具有一定的影響，為了了解這一影響，可以根據(jù)數(shù)據(jù)制作出相應(yīng)的擬合曲線，并對(duì)曲線進(jìn)行合理分析，將擬合結(jié)果帶入到方程中，獲得軸向動(dòng)態(tài)剛度和阻尼值。通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析，可以了解到：密封圈在運(yùn)行的過程中，其受到的阻值越大，動(dòng)態(tài)剛度越大。第三，加載位移對(duì)密封圈有一定的影響，在對(duì)這一部分進(jìn)行總結(jié)的過程中，可以將擬合結(jié)果帶入到方程中，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)和分析，可以了解到，隨著位移量的增加，密封圈的軸向動(dòng)態(tài)和阻值都在變小。第四，在密封圈在水潤(rùn)和氣體潤(rùn)滑兩種狀態(tài)下，密封圈的運(yùn)動(dòng)隨著阻尼的變化而變化，通過對(duì)數(shù)據(jù)變化的觀察，可以了解到，密封圈在一定的轉(zhuǎn)速之內(nèi)，阻尼隨著轉(zhuǎn)速的加快而變小。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，密封圈受到不同環(huán)境的影響，其摩擦系數(shù)是不同的，在運(yùn)行的過程中，當(dāng)其在潤(rùn)滑的狀態(tài)下，能夠受到一定的摩擦力；在其運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下，會(huì)發(fā)生不同程度的滲漏現(xiàn)象，并且隨著密封圈的壓縮量增加，其受到的摩擦力不同，而在對(duì)機(jī)械進(jìn)行密封的過程中，使用液體對(duì)其進(jìn)行潤(rùn)滑，需要使用壓縮量稍大的密封圈。