端面宽度对机械密封极限pcv (pressure×velocity)值的影响

端面宽度是机械密封的重要设计参数，为了研究端面宽度对机械密封极限pcv值(端面比压pc×端面平均线速度v)的影响，本文作者选取浸呋喃树脂石墨与微孔常压烧结碳化硅作为密封摩擦副，采用定速度变载荷和变速度定载荷两种不同测试方法获取了五种端面宽度摩擦副的极限pcv值，分析了不同端面宽度摩擦副在不同测试方法下的摩擦系数时变特性和密封介质温度时变特性，并通过扫描电子显微镜和三维激光形貌仪分析了摩擦副的表面磨损特征. 结果表明：在相同测试方法下，与较宽端面摩擦副相比，较窄端面摩擦副的极限pcv值较高并且密封失效时摩擦系数较小而密封介质温度较高；在给定端面宽度条件下采用定速度变载荷方法测试时，较高速度15.68 m/s对应摩擦副的极限pcv值相对于较低速度7.84 m/s时较高，其中极限pc值较低；达到极限pcv值时，摩擦副表面的磨损机理主要为黏着磨损，其诱因在于端面摩擦扭矩的突增引起端面过热，导致两密封端面因液膜汽化加剧发生干摩擦. 定速度变载荷和变速度定载荷两种方法均可用于测试机械密封极限pcv值，但采用变速度定载荷方法测试时密封失效对应的摩擦系数突增幅度相对较不明显，失效的现象较难捕捉，石墨表面被破坏的程度也较轻. 在满足材料强度的要求下，减小端面宽度，有效避免端面过热，有利于机械密封达到更大的极限pcv值. 本文为机械密封极限pcv值的测量以及端面宽度的设计和密封的延寿方法提供了指导.