干气密封DLC薄膜织构表面摩擦学特性试验研究

发布时间：2022-02-24 01:02

　　干气密封正常运行时,端面相互脱离,界面处于气体润滑状态。在启、停阶段和波动工况的条件下,由于转速较低,界面间动压效应不足,密封环端面相互接触,界面处于干摩擦状态,这样密封环端面会造成摩擦磨损和自激振动,严重影响了密封性能。在工程实际中,端面摩擦磨损已成为影响密封效果和缩短密封环使用寿面的重要因素。在贫油或干摩擦条件下,为了改善密封材料的摩擦学性能,解决密封环的耐磨性差和使用寿命短的问题。本研究从采用DLC镀膜技术提高密封环材料性能,利用表面织构化改变材料表面形貌和组织,及其对摩擦性能影响的角度出发,以干气密封DLC镀膜织构化端面的摩擦特性和振动强度为研究对象。在模拟工况下,以HDM20型端面摩擦磨损试验机和MMW-1型立式万能摩擦磨损试验机作为实验主机。温度传感器、力矩传感器和自主设计的摩擦振动测试仪作为信号的采集和处理系统,分别完成温度、摩擦力矩和振动加速度信号采集。用三维非接触式表面轮廓仪和扫描电子显微镜（SEM）测量试件的表面相貌和磨损情况。利用光纤激光打标机在SiC密封环表面进行微织构加工,所加工的圆形凹坑且呈环形矩阵排列,凹坑的直径为:Φ150μm、Φ200μm和Φ250μm... 

【文章来源】：兰州理工大学甘肃省

【文章页数】：103 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号注释表
第1章 绪论
    1.1 论文研究的背景与意义
    1.2 干气密封简介
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 机械密封的发展及研究现状
        1.3.2 DLC镀膜及其摩擦性能的研究
        1.3.3 微纳织构及其表面摩擦性能的研究
        1.3.4 微织构薄膜表面摩擦性能的研究
        1.3.5 干气密封摩擦振动特性的试验研究
    1.4 论文来源与研究的主要内容
        1.4.1 论文来源
        1.4.2 主要研究内容
    1.5 论文的创新点及关键性问题
        1.5.1 论文的创新性
        1.5.2 关键性问题
    1.6 本章小结
第2章 干气密封摩擦性能测试系统的确定
    2.1 实验方案
        2.1.1 实验目的
        2.1.2 实验方法及步骤
    2.2 试件的选取与制备
        2.2.1 常用的端面密封材料
        2.2.2 微织构DLC薄膜密封环端面的加工
        2.2.3 螺旋槽密封环的制备
    2.3 测试装置
        2.3.1 摩擦性能试验设备
        2.3.2 摩擦振动特性的试验设备
        2.3.3 表面形貌测试仪器
    2.4 摩擦磨损试验内容
    2.5 分项试验
        2.5.1 摩擦系数测试
        2.5.2 摩擦振动试验
    2.6 本章小结
第3章 干气密封DLC薄膜微织构表面摩擦特性试验
    3.1 摩擦特性研究的必要性
    3.2 织构表面与光面对摩擦性能影响的对比分析
    3.3 微织构对干气密封摩擦性能的影响
        3.3.1 凹坑直径对摩擦性能的影响
        3.3.2 面密度对摩擦性能的影响
        3.3.3 小结
    3.4 工况对干气密封DLC膜织构表面摩擦性能的影响
        3.4.1 载荷对摩擦性能的影响
        3.4.2 转速对摩擦性能的影响
    3.5 本章小结
第4章 干气密封端面摩擦振动特性试验分析
    4.1 摩擦振动理论与研究
        4.1.1 粘滑理论
        4.1.2 减振降噪的研究
    4.2 摩擦振动试验
        4.2.1 试件和参数条件
        4.2.2 试验原理
    4.3 摩擦振动信号的频谱分析
        4.3.1 信号谐波小波包变换
    4.4 摩擦振动的时域特征提取与分析
        4.4.1 织构表面与光面对摩擦振动特性影响的对比分析
        4.4.2 织构面密度对振动的影响
        4.4.3 凹坑直径对摩擦振动特性的影响
        4.4.4 螺旋槽对摩擦振动特性的影响
    4.5 摩擦振动的频谱特征的提取与分析
        4.5.1 摩擦振动信号特征提取
        4.5.2 振动加速度信号处理
    4.6 本章小结
总结和展望
    1 总结
    2 展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间获得的科研成果目录


【参考文献】：
期刊论文
[1]Ti掺杂DLC膜对小型转子发动机摩擦损失的影响[J]. 张帅,刘金祥,周杨.  西北工业大学学报. 2019(05)
[2]干气密封摩擦界面法向接触刚度分形模型[J]. 孙宝财,丁雪兴,陈金林,张伟政,严如奇.  振动与冲击. 2019(18)
[3]WC-Al2O3复合材料与Si3N4陶瓷和YG6硬质合金配副时的摩擦磨损行为[J]. 苏庆德,朱世根,丁浩,白云峰,狄平.  机械工程材料. 2019(03)
[4]类金刚石薄膜微观磨损行为的分子动力学模拟[J]. 张岩,肖万伸.  材料科学与工程学报. 2018(06)
[5]表面织构钛合金的干摩擦和全氟聚醚油润滑下的摩擦学性能研究[J]. 孙建芳,李傲松,苏峰华,李助军.  摩擦学学报. 2018(06)
[6]边缘修形织构化N、Si共掺杂类金刚石碳膜在空气中的摩擦磨损性能[J]. 吴行阳,葛宙,阮敬杰,杨义,牛浩之,陈腾,张建华.  上海交通大学学报. 2018(05)
[7]基于凹模压边区摩擦学性能的冲压仿真分析[J]. 陈平,史哲,剌颖乾,项欣.  中国表面工程. 2018(01)
[8]机械密封的黏滑分析[J]. 任姗姗,张鹏鹏,赵伟刚,庄宿国,董光能.  润滑与密封. 2017(07)
[9]弹流润滑条件下表面形貌对摩擦噪声的影响[J]. 李直,陈剑,沈锦龙,刘小君.  应用数学和力学. 2017(07)
[10]激光表面织构对45钢干摩擦性能的影响[J]. 常秋英,齐烨,王斌,乔姣飞.  机械工程学报. 2017(03)

博士论文
[1]干气密封螺旋槽润滑气膜的稳、动态特性研究[D]. 丁雪兴.兰州理工大学 2008

硕士论文
[1]干气密封接触摩擦机理研究[D]. 令成君.中国石油大学 2008



本文编号：3641651