聚四氟乙烯油封主要参数及材料性能对密封有效性影响研究

摘要院为了研究聚四氟乙烯渊PTFE冤油封密封件的结构尧材料对其密封有效性的影响遥本文阐述了初始载荷尧摩擦力尧流体载荷等主要参数对密封性能的影响袁建立了有限元模型和材料模型袁在不同过盈量下利用有限元软件ABAQUS对密封件进行静态和动态分析袁探讨了密封唇与旋转轴之间的过盈量尧接触区域尧密封唇口材料性能等对其密封性能的影响遥结果表明袁过盈量太大会导致旋转轴与密封唇接触区域摩擦力增大袁摩擦热会影响材料性能袁过盈量太小会导致密封失效遥摩擦实验和拉伸试验表明袁填充不同的填料对聚四氟乙烯的摩擦磨损性能和抗拉强度都有极大提升遥因此根据不同的工况合理设计密封结构参数和选择密封材料对于密封的有效性至关重要遥

关键词院聚四氟乙烯油封曰有限元分析曰材料分析曰密封性能

贾永峰曰刘洪曰王鸿鼎曰王强强0引言密封技术应用历史悠久袁早在15世纪就用有弹性的材料为当时的抽水机提供密封袁一直沿用到18世纪初袁出现了用皮革制作的衬垫袁即密封件[1袁2]遥随着科技水平的不断发展袁现代机械设备使用工况趋向高温[3袁4]尧高压尧高速度和人工合成介质袁而对密封件的要求是抗压强度高尧耐磨性能好尧长寿命和耐各种介质溶液及气体袁因而设计出合理的密封件结构以及研制特种密封材料对于密封的有效性至关重要遥ThomasKletschkowski[5]等人研究了PTFE轴封的非线性材料行为袁提出了一种基于材料同构有限粘塑性理论的内时粘塑性方法遥张付英[6]等人建立了有限元仿真模型袁研究发现过盈量袁弹簧劲度系数以及旋转轴与唇口接触的摩擦因数对其密封性能有很大的影响遥在材料研究方面袁聚四氟乙烯本身具有多种优异的性能袁包括优异的化学稳定性,耐热尧耐寒性好袁使用温度范围广,在-200耀+260益都可满足使用要求,自润滑性能好袁耐水和耐气候性优良袁介电性能优良等性能[7]遥BobFlitney[8]研究发现改性后的PTFE复合材料具有低摩擦袁无粘滑袁良好的泄漏控制袁安装和装配性能袁耐挤压和耐磨性也有很大提高袁可用作特种密封材料遥KoichiJotakia[9]等人使用一种天然树脂对PTFE进行改性袁使其具有更加优异的摩擦磨损性能遥本文分析了密封的重要参数袁如密封的磨损变形和接触压力在密封界面上的分布遥建立了揭示旋转密封机理的理论模型袁采用有限元法对聚四氟乙烯旋转轴密封结构进行了应力应变分析遥1聚四氟乙烯旋转轴油封的有限元分析1.1聚四氟乙烯旋转轴油封的结构关键参数和力学模型分析旋转轴唇形密封具有结构简单尧紧凑尧摩擦力矩小等特点袁常用于低压或无压环境袁起到防止油泄漏和外界有害物质进入腔室遥本文研究的聚四氟乙烯旋转轴油封由密要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要作者简介院贾永峰渊1993-冤袁男袁硕士研究生袁研究方向为摩擦材

料与油封设计遥

封唇尧垫片尧内骨架和外骨架四部分组成遥PTFE密封唇具有一定的过盈量袁在经历初期磨损后袁与泄漏量尧接触应力尧磨损率和摩擦功耗达到平衡袁进入稳定运行阶段遥PTFE材料的性能与传统橡胶有很大的不同遥采用有限元分析方法对密封结构和过盈量进行了分析遥研究了密封区结构尺寸尧过盈量与接触压力的关系袁得出了影响磨损的主要密封因素袁提出了该旋转密封的优化设计和合理装配方法遥聚四氟乙烯油封结构参数在设计的过程中袁要同时考虑到接触区域的热强度对其密封性能和材料性能的影响遥本文我们研究的模型旋转轴轴径d=0.028m袁密封唇口接触宽度W=0.001m袁V为密封面线速度袁本文取V=17.94m/s遥弹性体密封的自紧密封机理依赖于弹性体的弹性以及初始载荷渊初始过盈量冤的存在遥1.2聚四氟乙烯旋转轴油封的结构分析和简化有限元模型建立为了减小计算的时长袁我们把有限元模型进行了简化袁密封件的内尧外壳和垫片为次要部件袁建模过程中将其忽略遥轴采用45钢袁密封唇采用聚四氟乙烯是非线性复合材料袁本文采用Mooney-Rivlin模型本构数值袁其应变函数如下院式渊1冤中C10和C01为M-K常数袁W为应变能密度袁I1和I2为第一和第二应变不变量遥根据新的胡克公式可以得到如下公式院渊2冤渊1冤考虑到测量所花费的时间与经济袁在这里我们取C10=E袁C=0袁将其代入上式可以得到如下应变公式院016渊3冤式渊3冤中E为应变材料的弹性模量袁姿为材料的伸展窑36窑内燃机与配件氧化球团炼钢的工艺设计与设备选型渊江苏宏大特种钢机械厂有限公司袁泰州2253冤

摘要院氧化球团炼钢袁采用竖炉法炼钢工艺不仅能够满足炼钢的质量和数量要求袁还具有投资金额低尧能源利用率高尧二次能源可充分利用等优势遥本文以唐山恒达氧化球团项目为研究案例进行炼钢工艺设计和设备选型遥

关键词院氧化球团曰炼钢的工艺曰设备选型

蔡冬林0引言氧化球团炼钢的主要工艺有三种袁分别是竖炉法尧回转窑法尧焙烧法袁其中袁回转窑法和焙烧法的基建项目投资金额大袁设备要求高袁不适合普通中小型企业袁也就大型的钢铁企业或矿山企业有能力投资建设遥因此袁普遍适用的氧化球团炼钢工艺是采用竖炉法生产酸性氧化球团矿遥采用竖炉法炼钢工艺不仅能够满足炼钢的质量和数量要求袁还具有三大优点袁其一是项目基建投资金额低袁其二是能源利用率比较高袁其三是二次能源能够得到充分利用遥1项目简介唐山恒达氧化球团项目袁采用竖炉法炼钢工艺袁年产要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要作者简介院蔡冬林渊1985-冤袁女袁江苏泰州人袁机械工程师袁主要从

事氧化球团炼钢的工艺设计与管理工作遥

氧化球团约90万吨袁相关技术指标如表1遥表1氧化球团技术指标表

序号123456

内容粒度还原性膨胀率气孔率抗压强度铁品位

指标10耀16mm>85%6耀16mm100%

逸70%臆15%逸20%2400N/个球渊平均冤

逸67%2工艺技术方案现有成熟工艺主要有两种袁其一是气基法袁其二是煤基法遥根据工艺相关的产能和产量分析袁气基法具有高产于有限元分析结果表明袁在不同的过盈量下密封唇口处的应力应变分布不同袁而且应力应变并不是均匀分布袁主要集中在唇口位置袁在装配过程中要考虑材料的弹性模量等材料性能以及过盈量袁从而达到自紧密封的效果遥参考文献院[1]蔡仁良.流体密封技术--原理与工程应用[M].化学工业出版社袁2013.

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比袁材料的泊松比对伸展比有很大的影响袁在有限元分析部分取E=280MPa袁泊松比滋越0.35遥2聚四氟乙烯旋转轴油封有限元计算结果密封件安装后聚四氟乙烯唇口直径会扩大5~8%袁所以密封件与旋转轴之间属于过盈配合袁本模型的旋转轴轴径取准=28.56mm袁工作转速12000r/min袁温度范围为-40~52益袁最高温度135益袁过盈量分别取0.5尧1和2mm袁介质使用某号润滑油袁介质压力为0.5MPa袁唇口与轴的接触宽度取1mm遥比较了PTFE唇口产生的最大应力应变和接触载荷袁给出了唇口的应力应变分布情况袁唇口与旋转轴的配合属于过盈配合袁所以我们在唇口处施加了初始接触载荷袁在初始状态下最大应力和应变分布在唇口与旋转轴接触面遥在静密封状况下袁只考虑流体压力对密封唇的影响袁由于没有相对运动袁此时无需考虑接触面的摩擦和接触区域温度对密封材料的影响遥给旋转轴施加绕Y轴方向转动的边界条件以及Psp=5伊105Pa的流体载荷袁此时轴与密封唇之间仍然属于过盈配合袁唇口处应力应变明显增加袁最大应力滓max=5.352伊106Pa袁此时的过盈量将会影响流体的泄漏量以及接触区域的摩擦力及摩擦热袁对于润滑条件和材料的耐磨性有更高的要求遥3结论淤对聚四氟乙烯油封结构参数及力学模型分析计算表明袁旋转轴与密封唇口接触区域越大袁则总得摩擦力越大袁从而导致唇口处温度上升影响密封材料的性能曰当旋转轴与密封唇口接触区域过小袁则不能保证密封的有效性遥