對機械密封補償機構中輔助密封圈動態特性的研究

呂朝勇

（廣東眾和化塑有限公司，廣東 茂名 525000）

在對機械密封中具有補償能力的密封環作為補償時，由于其能夠將補償環與相關零件進行密封處理，并在這一過程中，能夠影響密封系統的使用年限，因此在實際的應用中，需要保障補償環進行移動，達到補償微動的作用，提高密封的追隨性和浮動性。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計安裝，避免密封處發生泄漏。

1 理論分析

1.1 輔助密封圈的摩擦機理

在對輔助密封圈的摩擦機理進行理論分析的過程中，可以通過以下兩個方面來了解，第一，由于橡膠的材料具有高彈性、高分子的特點，在沒有潤滑劑使用橡膠的過程中，其表面能夠與基礎面產生一定的摩擦力，其粘著面產生的滯后現象為橡膠彈性與粘黏性的綜合現象。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，還能夠將橡膠與接觸面之間的摩擦力減小，呈現出流動潤滑的狀態，在滑動的過程中，產生潤滑水膜，在運動的過程中，具有動力滑水、粘性滑水、微彈流潤滑的機理。

1.2 橡膠材料的本構關系

由于橡膠具有一定的彈性，其在變形的過程中，具有較強的材料非線性和幾何非線性，由于這一特點，難以快速對其進行計算。為了改善這一問題，相關學者將橡膠材料的本構關系進行整理。

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、子結構法等方式進行求解，滿足可貫穿的條件，保障接觸變形情況更加準確。

1.4 建立計算模型

在對密封圈進行合理設計的過程中，需要對實驗中的溝槽、密封圈等方面進行合理構建，并準備不同大小不同密度的密封圈，通過這樣的方法開展實驗，能夠使其具有一定的準確性。另外，在建立計算模型的過程中，需要構建合理的幾何模型，通過這樣的方法，能夠提高實驗的準確性。

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加載步驟，第一，在使用密封圈的過程中，需要先將軸進行移動，在其移動的過程中，移動的單位為單邊壓縮量，使密封圈得到壓縮。第二，在對加載密封圈的過程中，需要在介質的一段施加壓力，使密封圈能夠完成模擬實驗。

2 對機械密封補償機構中輔助密封圈動態特性的研究

2.1 實驗方法

在使用輔助密封圈的動態特征進行研究的過程中，可以通過實驗的方法，測量密封圈的摩擦力，具體可以通過以下兩個方面來了解，第一，在進行實驗的過程中，由于其主要結構為密封壓力源、往復運動系統、測量系統等，其中對密封壓力源進行處理的過程中，使用手動高壓泵的方式進行處理。例如：在實驗的過程中，先將高頻實驗機啟動，之后將實驗機的上下夾頭調整到合適的位置并夾緊，再將壓力供應系統進行調整，并通過計算機控制實驗中各部分，進而完成單元加載。第二，在進行實驗的過程中，為了保障實驗結果的準確性，可以將橡膠大小進行改變，并多次進行實驗，提高實驗的準確性。通過這樣的方法對密封圈特性進行研究，能夠提高實驗結果的準確性，為特性分析提供準確的理論依據。

2.2 實驗結果

在使用輔助密封圈的動態特征進行研究的過程中，可以通過實驗的方法，對實驗結果進行分析，具體可以通過以下兩個方面來了解，第一，在實驗之后，需要對實驗數據進行合理處理，例如在這一過程中，可以使用普羅尼級數據擬合的方法對數據進行整理，并在整理之后，將數據用圖的方式進行分析。第二，通過圖表可以了解到，摩擦系數能夠隨著滑動速度和所受的壓力而改變，并在水潤滑的條件下，橡膠在運動的過程中，能夠形成潤滑水膜，減小摩擦力，在摩擦系數小于干摩擦系數的過程中，摩擦系數隨著介質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的狀態下，其潤滑特性與摩擦系數有關，在對機械進行密封的過程中，當其具有良好的潤滑介質時，能夠對密封圈有一定的補償。

2.3 實驗結論

在使用輔助密封圈的動態特征進行研究的過程中，可以通過實驗的方法，對實驗結論進行分析，具體可以通過以下三個方面來了解，第一，在進行這一實驗的過程中，由于機械密封補償的過程中，其數據在不斷改變，其不是密封的，密封環在運行的過程中角受到微動，這一過程可以作為軸向往復運動，可以通過普羅尼級數據擬合的方法進行計算，進而得出密封圈運動的泄漏量。第二，為了使密封圈在運動的過程中不泄漏，需要其在運行的過程中，受壓側受到的力大于非側壓的力，使其能夠在實際的應用中，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，保障系統的正常運行。第三，在對密封軸進行處理的過程中，由于其可能密封有毒液體，在運行的過程中，需要使用O形密封圈，保障滲漏不再發生，提高運行效率。

3 影響輔助密封圈運行的原因

在使用輔助密封圈的動態特征進行研究的過程中，可以通過實驗的方法，對實驗結論進行分析，具體可以通過以下四個方面來了解，第一，在不同的介質下，氣體潤滑和水潤滑具有不同的效果，在水潤滑中，其能夠根據時域的變化而變化，并在這一過程中，其潤滑效果比氣體為介質的潤滑效果好。第二，通過實驗，可以了解到加載頻率對密封圈的運行具有一定的影響，為了了解這一影響，可以根據數據制作出相應的擬合曲線，并對曲線進行合理分析，將擬合結果帶入到方程中，獲得軸向動態剛度和阻尼值。通過對數據的分析，可以了解到：密封圈在運行的過程中，其受到的阻值越大，動態剛度越大。第三，加載位移對密封圈有一定的影響，在對這一部分進行總結的過程中，可以將擬合結果帶入到方程中，對數據進行總結和分析，可以了解到，隨著位移量的增加，密封圈的軸向動態和阻值都在變小。第四，在密封圈在水潤和氣體潤滑兩種狀態下，密封圈的運動隨著阻尼的變化而變化，通過對數據變化的觀察，可以了解到，密封圈在一定的轉速之內，阻尼隨著轉速的加快而變小。

4 結語

綜上所述，密封圈受到不同環境的影響，其摩擦系數是不同的，在運行的過程中，當其在潤滑的狀態下，能夠受到一定的摩擦力；在其運動的狀態下，會發生不同程度的滲漏現象，并且隨著密封圈的壓縮量增加，其受到的摩擦力不同，而在對機械進行密封的過程中，使用液體對其進行潤滑，需要使用壓縮量稍大的密封圈。