干气密封滑动摩擦界面摩擦振动理论分析及实验测试

孙宝财 张正棠

（甘肃省特种设备检验检测研究院）

符 号 说 明

Aa——名义接触面积，mm2；

CN——法向接触阻尼，N·s/m；

CT——切向接触阻尼，N·s/m；

D——分形维数；

E1、E2——两种材料的弹性模量，Pa；

E——当量弹性模量，Pa；

f——摩擦因数；

G——特征尺度，m；

G1、G2——两种材料的剪切模量，Pa；

G——当量剪切模量，Pa；

KN——单微凸体法向接触刚度，N/m；

KT——单微凸体切向接触刚度，N/m；

lb——基底长度，m；

P——单微凸体上法向载荷，Pa；

Qx——单微凸体上切向力，Pa；

V——动环滑动速度，m/s；

α——螺旋槽根径；

μc，t——切向与法向阻尼比；

μk，t——切向与法向刚度比；

ν1、ν2——两种材料的泊松比。

干气密封是动设备中应用广泛的非接触式密封。在密封系统稳定运行时，干气密封会在动环与静环之间产生一个具有一定刚度和一定厚度的气膜［1，2］以达到预定的密封效果。但是在实际运行中，特别是在干气密封系统的启动和停止期间，动环和静环端面间不可避免地会发生接触，这主要是受加工制造水平达不到精度要求、装配过程存在误差及工况等因素的影响［3］。这种接触摩擦会使动环和静环端面间产生失效，严重影响干气密封系统的使用寿命，甚至可直接导致干气密封系统失效，从而造成极大的危害［4，5］。

目前，研究学者们均是在干摩擦状态下对机械摩擦副的粘滑和纯滑动引起的振动问题进行探讨［6～12］，由起初的单自由度系统逐渐发展研究到两自由度系统［13～17］，所涉及的摩擦模型也逐步从静态摩擦模型向动态摩擦模型过渡［18～22］。在试验测试方面，丁雪兴等通过对螺旋槽干气密封环进行摩擦性能试验，分析了不同工况下的密封环磨 损 量 与 摩 擦 系 数 之 间 的 变 化 规 律［23，24］。……