董 輝 扈升華 劉成浩 賀寶海

（丹東克隆集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧丹東 118000）

0 引言

在鋰離子電池行業(yè)中，電解液的核心成分“六氟磷酸鋰”由于其理化性質(zhì)的不穩(wěn)定，必須要在無水氟化氫溶劑中進(jìn)行制備。作為鋰離子電池最為尖端的材料，某無水溶劑的純度是其能否保證雜質(zhì)含量、粒度分布的關(guān)鍵條件（見表1），因此，高純度的該溶劑在目前工藝生產(chǎn)的制備中尤為重要。

1 選型及方案

1.1 密封設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

（1）機(jī)封安裝后的8000h 內(nèi)，在非連續(xù)生產(chǎn)周期中，僅允許向釜內(nèi)泄漏5 ～7kg 隔離液，生產(chǎn)周期總計(jì)約為3000h。（2）機(jī)封安裝后8000h 內(nèi)，在非連續(xù)生產(chǎn)周期中，必須保證密封的可靠運(yùn)行且不必更換，設(shè)備檢維修周期為8000h。

1.2 密封與系統(tǒng)方案

針對以上工況及生產(chǎn)工藝需求，制定如下方案(見圖1)：（1）密封方案為：可長周期承受干運(yùn)轉(zhuǎn)的接觸式濕式密封；（2）密封形式為：雙端面靜止型多彈簧機(jī)械密封；（3）系統(tǒng)方案為：Plan74+Plan53A。

圖1 機(jī)械密封結(jié)構(gòu)圖

1.3 設(shè)計(jì)方案說明

首先，針對工藝介質(zhì)的高危特性，采用加壓雙端面密封，保證工藝介質(zhì)對大氣零泄漏或零逸出要求。單純采用接觸式干運(yùn)轉(zhuǎn)密封，受機(jī)封材料及設(shè)備精度等不可控因素太多，為了保證密封端面在發(fā)生磨損、工況變化、擾動(dòng)、軸不對正和振動(dòng)等條件下仍能維持理想滑行狀態(tài)，優(yōu)先選用接觸式濕式密封。

其次，針對隔離液的泄漏量要求，必須在一定的可靠性和可接受的使用壽命條件下，將泄漏量控制到最低的水平。當(dāng)隔離液完全泄漏后，密封仍可承受長期干運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)行，在工藝生產(chǎn)周期內(nèi)，必須保證其仍具有非常可靠的密封性能。

最后，針對端面間兩相摩擦潤滑狀態(tài)實(shí)施系統(tǒng)監(jiān)控，Plan74 系統(tǒng)與53A 系統(tǒng)串聯(lián)使用。密封端面處于液相潤滑時(shí)采用53A 方案進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)控，同時(shí)74 方案可作為53A的壓力控制單元；密封端面處于氣相潤滑時(shí)采用74 方案進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)控，且與53A 系統(tǒng)之間互不影響。

單論此工況下的密封而言，需通過設(shè)計(jì)使密封面找到一個(gè)平衡位置，在液相流體膜作用下，端面所受全部載荷在理想狀態(tài)下基本由流體壓力承擔(dān)，使得密封面在全液相下幾乎不接觸且只允許有限的摩擦生熱及輕微磨損，并通過計(jì)算使得端面的間隙最小甚至為表面粗糙度量級，以此來控制泄漏量。同時(shí)，當(dāng)隔離液完全泄漏后，端面在完全氣相條件下仍可穩(wěn)定運(yùn)行。

2 理論分析及手工計(jì)算

2.1 理論分析

2.1.1 影響因素

密封的操作條件和密封的端面結(jié)構(gòu)是影響密封性能的關(guān)鍵因素。衡量密封性能的參數(shù)很多[1]，主要有：（1）泄漏率；（2）摩擦（摩擦能耗、生熱，包括發(fā)生摩擦的位置）；（3）磨損速率；（4）運(yùn)行的一致性和穩(wěn)定性。

2.1.2 界面形狀

在進(jìn)行理論計(jì)算之前，需要在微觀上對密封端面的界面形狀進(jìn)行定義（見圖2）。界面形狀影響密封性能，其對流體動(dòng)壓潤滑、流體靜壓承載能力起到關(guān)鍵作用。界面形狀的形成，受初始結(jié)構(gòu)、工況參量、操作時(shí)間、磨損狀態(tài)等因素的影響[2]。無論界面形狀如何產(chǎn)生，如果它可以在機(jī)封的某一時(shí)刻進(jìn)行定義，便可預(yù)測此刻機(jī)封的使用性能。

圖2 摩擦副端面示意圖

對于界面的幾何模型定義，最重要的參數(shù)便是徑向錐度，其主要來源為：初始錐度、熱錐度、壓力錐度（見圖3）。熱錐度是環(huán)體因溫度梯度變化而引起的徑向錐度，錐度系數(shù)大小受機(jī)封環(huán)體的截面形狀、導(dǎo)熱性和熱膨脹系數(shù)影響；壓力錐度是由于密封環(huán)體上的壓力變化引起的徑向錐度，使截面產(chǎn)生彎矩，通過環(huán)體幾何形狀的優(yōu)化，可以有效控制壓力錐度的影響。

對于本機(jī)封結(jié)構(gòu)而言，屬于外壓內(nèi)流式機(jī)封，熱錐度因素將導(dǎo)致端面上出現(xiàn)收斂型錐角（定義為正值），壓力錐度因素將導(dǎo)致端面上出現(xiàn)發(fā)散型錐角（定義為負(fù)值）。

圖3 端面幾何模型示意圖

2.2 手工計(jì)算

對熱錐度和壓力錐度進(jìn)行初步計(jì)算[3]，以此限定出合理的設(shè)計(jì)參數(shù)范圍（見表2），為后續(xù)有限元計(jì)算奠定基礎(chǔ)。

表2 計(jì)算參數(shù)

首先，假設(shè)初始錐度與熱錐度引起的凈徑向錐度為Φ=1000×10-6，因此，針對收斂的徑向錐度：Φ＞0

下面是完全通過流體膜來支撐負(fù)載的情況：

此時(shí)端面間的接觸Wm=0則Hi=Hmin = 1.59×10-6m

此時(shí)，將內(nèi)外徑處的半徑和壓力代入方程，便可得到泄漏率

由此可見摩擦力矩很小，但泄漏量比較大。結(jié)合以往的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，較低的平衡系數(shù)雖可解決邊界摩擦及過度磨損問題，但此類密封往往難以形成產(chǎn)品化，因此在傳統(tǒng)理念上，解決此類密封問題的方法更傾向于僥幸與偶然。實(shí)際上對于單純低壓力平衡比的密封，在中等大小的錐度下就會產(chǎn)生過量的泄漏。在未磨損狀態(tài)下由于加工因素，或在已達(dá)到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的情況下由于熱變形甚至壓力變形等因素，端面打開就有可能發(fā)生。因此在低平衡比條件下，錐角的控制必須精確。同時(shí)，類似在反應(yīng)釜這種周期性變化的工況下，接觸式密封的錐角變化幅度需優(yōu)化至最小，在穩(wěn)態(tài)工作下錐角會逐漸磨損，但收斂型間隙由于其較低的摩擦系數(shù)，磨平所需時(shí)間也相對較長。因此在設(shè)計(jì)中，如何控制密封參數(shù)中的平衡比、如何確定錐角范圍及如何控制引起熱錐度的相關(guān)因素就顯得尤為關(guān)鍵[4]。

再次，假設(shè)初始錐度與壓力錐度引起的凈徑向錐度為Φ= - 1000×10-6，因此，針對收斂的徑向錐度：Φ＜0

密封未發(fā)生嚴(yán)重泄漏，則：

此時(shí)，將內(nèi)外徑處的半徑和壓力代入方程，便可得到泄漏率

從計(jì)算結(jié)果可以看出，發(fā)散型錐角所引起的泄漏量遠(yuǎn)小于收斂型錐角，而實(shí)際中，發(fā)散型錐角造成的結(jié)果在數(shù)值上可能更低。雖然泄漏量大幅降低，但摩擦系數(shù)及摩擦功率加大，此時(shí)端面極易處于邊界摩擦，造成惡劣的潤滑結(jié)果，使密封在發(fā)散處接觸錐角，并快速磨損，其造成結(jié)果如圖4 所示。

圖4 端面幾何模型示意圖

可以看出：（1）未磨損時(shí)，密封端面因壓力變形產(chǎn)生的壓力錐角呈發(fā)散型，泄漏量較低；（2）運(yùn)行時(shí)，發(fā)散型錐角接觸處快速磨損；（3）工作穩(wěn)態(tài)時(shí)，錐角被磨平，端面產(chǎn)生平行間隙；（4）工況波動(dòng)或工作停止時(shí)，端面高壓側(cè)因劇烈磨損，致使端面間隙呈現(xiàn)收斂型間隙。

圖中（d）為重新定義輪廓外形的端面，此時(shí)重新加載壓力或重啟工作時(shí)便極易造成大量泄漏，甚至在平衡比較低的情況下會出現(xiàn)端面打開，造成噴漏。因此，密封在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)，必須考慮壓力變形對幾何形狀的影響，但凡采取降低平衡比來解決承壓及過度磨損的做法，都抱有僥幸與臆想。在降低平衡比的基礎(chǔ)上，必須考慮壓力錐度系數(shù)的影響，考慮工況改變情況，以及重新定義的輪廓外形所產(chǎn)生的壓力力矩是否平衡。

經(jīng)過反復(fù)的手工計(jì)算后，大致了解并限定了平衡比及錐角范圍（數(shù)值范圍不公開），進(jìn)行有限元分析，精確校核端面結(jié)構(gòu)、壓力變形與熱變形，并在流、固、熱3 個(gè)方面進(jìn)行耦合迭代。

3 FEM 有限元分析計(jì)算

3.1 基本參數(shù)設(shè)定

基本參數(shù)在初步設(shè)定的基礎(chǔ)上，結(jié)合以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，重新精確給出參數(shù)（見表3），以此為基礎(chǔ)利用有限元對傳熱邊界、壓力邊界、材料區(qū)域、等溫線、溫度引起的撓度、壓力引起的撓度、總?cè)毕?、?yīng)力分布和安全系數(shù)等方面進(jìn)行校核及優(yōu)化[5]（部分參數(shù)不公開，以＊代替）。

表3 計(jì)算參數(shù)

3.2 邊界條件設(shè)定

選取介質(zhì)側(cè)摩擦副為計(jì)算模型（見圖5），邊界條件如下（部分參數(shù)不公開，以＊代替）。

圖5 模型網(wǎng)格劃分

（1）封液:水（38℃，與隔離液理化性質(zhì)相似），介質(zhì):空氣（10℃，釜內(nèi)置換氣為氮?dú)猓?/p>

（2）摩擦副外側(cè)壓力Po=0.3×106pa,內(nèi)側(cè)大氣壓Pi=0.1×106pa

（3）轉(zhuǎn)速r=100rpm；彈簧力Fs=＊＊N

（4）材料：靜環(huán)=SSiC；動(dòng)環(huán)=進(jìn)口石墨

3.3 FEM 有限元分析

經(jīng)過反復(fù)的手工計(jì)算，基本參數(shù)可以精確至一定范圍，從計(jì)算結(jié)果可以看出，密封端面基本處于混合潤滑狀態(tài)。當(dāng)密封處在混合潤滑狀態(tài)時(shí)，端面總承載力由液體壓力和接觸壓力組成。如果流體壓力占主導(dǎo)，則端面處于全膜潤滑狀態(tài)；如果接觸壓力占主導(dǎo)，則端面處于邊界潤滑狀態(tài)。

3.3.1 未磨損時(shí)端面計(jì)算結(jié)果

具體數(shù)值見圖6 和表4。

圖6 摩擦副總變形量、摩擦副應(yīng)力分布

表4 計(jì)算項(xiàng)目及結(jié)果

3.3.2 工作穩(wěn)態(tài)時(shí)端面計(jì)算結(jié)果

具體數(shù)值見圖7 和表5。

圖7 摩擦副總變形量、摩擦副應(yīng)力分布

表5 計(jì)算項(xiàng)目及結(jié)果

（1）變形趨勢：機(jī)械密封從未磨損狀態(tài)到工作穩(wěn)態(tài)，運(yùn)轉(zhuǎn)工況下的端面變形量為-0.4 條氦光帶（一條氦光帶約為0.29um），僅僅是微小的變形量。此形變量在石墨環(huán)磨損后，摩擦副端面將呈近似平行間隙運(yùn)轉(zhuǎn)。

（2）壓力分布：端面間的流體壓力與接觸壓力分布如表5 所示，磨損穩(wěn)定后接觸壓力呈現(xiàn)平行間隙，膜壓系數(shù)為0.509，接觸壓力僅為0.15MPa 左右，更多的為流體摩擦，接觸力較小，磨損狀況良好。

（3）將密封設(shè)計(jì)成初始狀態(tài)，呈微發(fā)散型間隙，有利于提高機(jī)封干擾能力。

3.3.3 重新啟動(dòng)時(shí)端面計(jì)算結(jié)果

具體數(shù)值見圖8 和表6。

圖8 摩擦副總變形量、液膜分布

表6 計(jì)算項(xiàng)目及結(jié)果

（1）變形趨勢：重啟后的機(jī)封，考慮修訂原穩(wěn)態(tài)時(shí)端面磨損狀態(tài)的基礎(chǔ)上重新定義界面形狀，因此需對端面進(jìn)行預(yù)置錐度，考慮誤差因素，取上限值，該值為原穩(wěn)態(tài)形變量乘150%。計(jì)算結(jié)果可以看出，預(yù)置光帶與新的形變量產(chǎn)生耦合，使端面呈近似平行間隙運(yùn)轉(zhuǎn)。

（2）膜厚狀態(tài)：端面間膜厚分布如表6 所示，膜厚可側(cè)面反映出端面所處的潤滑狀態(tài)。膜厚在端面間由內(nèi)至外成線性分布，端面為微收斂狀態(tài)的平行間隙。在此狀態(tài)下，磨損率與摩擦系數(shù)將大大降低，且不會導(dǎo)致嚴(yán)重的磨損。

（3）反壓系數(shù)由0.509 提升至0.634，從這里也印證了上述手工計(jì)算的結(jié)論，即端面的初始狀態(tài)為收斂型間隙，在重啟工作時(shí)，過低壓力平衡比會使端面趨于打開，甚至噴漏。

3.3.4 共用動(dòng)環(huán)時(shí)，溫度迭代計(jì)算結(jié)果

具體數(shù)值見圖9 和表7。

圖9 摩擦副總變形量、端面及流體溫度分布

表7 計(jì)算項(xiàng)目及結(jié)果

溫度迭代計(jì)算：共用動(dòng)環(huán)型密封，由于兩側(cè)密封的邊界條件不同，共用環(huán)體的溫度分布對兩側(cè)密封的計(jì)算結(jié)果會有較大影響。加載邊界條件時(shí)，需反復(fù)計(jì)算多次，并將計(jì)算出的溫度不斷迭代直至穩(wěn)態(tài)；尤其在某些工況條件下端面發(fā)熱溫度較高，即使采用這種方法，計(jì)算出來的結(jié)果仍有一定誤差，因此一般情況下不推薦使用共用動(dòng)環(huán)結(jié)構(gòu)。但在此工況下，誤差影響相對較小，在加載邊界條件時(shí)需設(shè)計(jì)者結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析，其計(jì)算結(jié)果仍具有重要參考性。

3.3.5 干運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)（初期）端面計(jì)算結(jié)果

具體數(shù)值見圖10 和表8。

圖10 摩擦副總變形量、摩擦副應(yīng)力分布

表8 計(jì)算項(xiàng)目及結(jié)果

（1）工況及參數(shù)變化：此模型模擬干運(yùn)轉(zhuǎn)初期的工作狀態(tài)，端面間的隔離流體由水換成空氣，預(yù)置錐度為液膜狀態(tài)下的磨損錐度。但相關(guān)重要參數(shù)有較大變化，如摩擦系數(shù)、粗糙度等發(fā)生較大改變（相關(guān)參數(shù)及變化值不公開）。

（2）變形趨勢：修訂后的界面形狀，在預(yù)置錐度及溫升的影響下，端面呈為微收斂型間隙。此形變產(chǎn)生的錐度將在短期內(nèi)磨損掉，使端面進(jìn)入到近似平行間隙的狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)。

（3）壓力分布：在預(yù)置錐度的影響下，初始狀態(tài)的壓力分布成線性分布，流體壓力大于端面接觸壓力，經(jīng)計(jì)算端面接觸力約為76.55N，此時(shí)端面不會發(fā)生過度磨損的情況。

3.3.6 干運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)（穩(wěn)態(tài)）端面計(jì)算結(jié)果

具體數(shù)值見圖11 和表9。

圖11 摩擦副總變形量、摩擦副應(yīng)力分布

表9 計(jì)算項(xiàng)目及結(jié)果

（1）工況及參數(shù)變化：此模型模擬干運(yùn)轉(zhuǎn)工作至穩(wěn)態(tài)時(shí)的情況，由于干運(yùn)轉(zhuǎn)初期影響，相關(guān)重要參數(shù)仍有較大變化，如摩擦系數(shù)、粗糙度等（相關(guān)參數(shù)變化值不公開）。

（2）變形趨勢：修訂后的界面形狀，在預(yù)置錐度及溫升的影響下，端面呈微收斂型間隙。此形變錐度將在短期內(nèi)磨損掉，使端面進(jìn)入到近似平行間隙的狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)。

（3）壓力分布：在預(yù)置錐度的影響下，穩(wěn)態(tài)初期的壓力成線性分布，流體壓力大于端面接觸壓力，經(jīng)計(jì)算端面接觸力約為75.81N，此時(shí)端面不會發(fā)生過度磨損的情況；在磨損過程中，端面最終磨平，經(jīng)計(jì)算后得出，此時(shí)端面接觸壓力約0.12MPa，接觸力約為79.4N,在保證材料強(qiáng)度及耐磨性的情況下，機(jī)封可長期穩(wěn)定運(yùn)行。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

通過模擬現(xiàn)場運(yùn)行情況，從全膜潤滑、邊界潤滑、干運(yùn)轉(zhuǎn)3 個(gè)方面進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象校核理論計(jì)算結(jié)果[6]。

4.1 全膜潤滑

（1）實(shí)施方案：在密封腔內(nèi)注入一定劑量常溫水作為隔離液，用空氣控制系統(tǒng)對隔離液進(jìn)行加壓，以此模擬在全液膜狀態(tài)下的機(jī)封運(yùn)行情況（見圖12）。

圖12 動(dòng)態(tài)試驗(yàn)方案圖

（2）檢測方式：通過收集隔離液直接判斷泄漏情況，觀察流量計(jì)度數(shù)（見表10）。

表10 試驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果

（3）現(xiàn)象描述：1.運(yùn)轉(zhuǎn)過程，未發(fā)現(xiàn)有泄漏，啟停2次，未發(fā)現(xiàn)流量計(jì)讀數(shù)異常波動(dòng)。初始運(yùn)行1h 左右無溫升，后逐漸升至27℃左右。2.拆解檢測，動(dòng)靜環(huán)表面幾乎無接觸痕跡。靜環(huán)（石墨）甚至保留有初始研磨痕跡，動(dòng)環(huán)（SSiC）摩擦環(huán)帶均勻幾乎不可見，仔細(xì)觀察可見環(huán)帶上的接觸痕跡由外至內(nèi)逐漸加重；用無塵紙擦拭石墨環(huán)表面，僅顯示積存少量石墨粉（見圖13）。

圖13 摩擦副端面

4.2 邊界潤滑

（1）實(shí)施方案：在全膜潤滑狀態(tài)下重新運(yùn)行一段時(shí)間，將隔離液全部排出，剩余的隔離液僅夠機(jī)封端面短暫潤滑一段時(shí)間，以此模擬在邊界潤滑狀態(tài)下的機(jī)封運(yùn)行情況（見表11）。

表11 試驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果

（2）檢測方式：通過觀察流量計(jì)度數(shù)。

（3）現(xiàn)象描述：1.運(yùn)轉(zhuǎn)過程，啟動(dòng)初期流量計(jì)示數(shù)為0，伴有輕微波動(dòng)情況，運(yùn)行10min 后，最大泄漏量瞬間波動(dòng)最大值約為1L/h（由于流量計(jì)精度問題，泄漏量＜1.6L/h時(shí)示數(shù)無法讀出）；波動(dòng)時(shí)間持續(xù)約15min 后，流量計(jì)逐漸穩(wěn)定至0L/h，幾乎不再波動(dòng)，直至運(yùn)行結(jié)束。2.拆解檢測：動(dòng)靜環(huán)表面接觸痕跡清晰。靜環(huán)（石墨）磨損痕跡清晰，仔細(xì)辨認(rèn)，可見輕微環(huán)狀溝痕，動(dòng)環(huán)（SSiC）靠近環(huán)帶外側(cè)積存有石墨粉而內(nèi)側(cè)相對較少，仔細(xì)觀察可見環(huán)帶上的接觸痕跡靠外側(cè)3/4 處較為均勻明顯；用無塵紙擦拭石墨環(huán)表面，僅磨損下少量石墨粉（見圖14）。

圖14 摩擦副端面

4.3 干運(yùn)轉(zhuǎn)

（1）實(shí)施方案：檢驗(yàn)完邊界潤滑的摩擦狀態(tài)后，保持此刻石墨環(huán)端面錐角磨損的情況（不可重新研磨），迅速回裝密封，以此模擬在發(fā)生邊界潤滑后，機(jī)封干運(yùn)轉(zhuǎn)的運(yùn)行情況（見表12）。

表12 試驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果

（2）檢測方式：通過觀察流量計(jì)度數(shù)。

（3）現(xiàn)象描述：1.運(yùn)轉(zhuǎn)過程，啟動(dòng)初期流量計(jì)示數(shù)為＜1.6L/h，伴有輕微波動(dòng)，持續(xù)20min 左右，逐漸降至0，保持至運(yùn)行結(jié)束，端面溫升由初始溫度15℃上升至35℃左右后保持不變。2.拆解檢測，動(dòng)靜環(huán)表面，接觸痕跡清晰。靜環(huán)（石墨）磨損痕跡清晰，仔細(xì)辨認(rèn)，可見輕微環(huán)狀溝痕，動(dòng)環(huán)（SSiC）接觸比例為100 %，靠近環(huán)帶內(nèi)側(cè)積存的石墨粉較多；用無塵紙擦拭石墨環(huán)表面，相比全膜潤滑，此時(shí)磨損下較多石墨粉（薄薄一層），石墨環(huán)表面無明顯突出的磨損痕跡，仍保持光亮狀態(tài)（見圖15）。

圖15 摩擦副端面

4.4 試驗(yàn)總結(jié)

（1）全膜潤滑下，幾乎無可見泄漏，端面接觸痕跡較輕，磨損狀態(tài)良好，仔細(xì)觀察可見環(huán)帶上的接觸痕跡由外至內(nèi)逐漸明顯（見圖16），此時(shí)為外圓接觸多，與設(shè)計(jì)結(jié)果發(fā)散型間隙吻合。

圖16 摩擦副端面

（2）邊界潤滑工作前，先全膜潤滑一段時(shí)間，使端面保證穩(wěn)態(tài)工作，突然進(jìn)入邊界潤滑狀態(tài)，以此來模擬無法加注隔離液時(shí)的工況突變情況，同時(shí)也滿足了設(shè)計(jì)中預(yù)置光帶的作用。運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，前期流量計(jì)出現(xiàn)波動(dòng)情況應(yīng)是在預(yù)置的徑向錐度與圓周波度（材料與加工因素）的影響下，由端面產(chǎn)生的泄漏；在溫升加速的過程中，出現(xiàn)變相，即邊界潤滑狀態(tài)；當(dāng)流量計(jì)浮球抖動(dòng)消失后，流量計(jì)讀數(shù)保持平穩(wěn)，此時(shí)為干運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)態(tài)工作，內(nèi)孔錐度逐漸磨平，使端面在趨于平行間隙下運(yùn)行，因此在動(dòng)環(huán)內(nèi)孔處石墨粉積存較多。啟停2 次，流量計(jì)始終保持穩(wěn)定，溫度不再上升基本與設(shè)計(jì)結(jié)果保持一致[7]。

綜上，在多個(gè)變相試驗(yàn)中，試驗(yàn)結(jié)果與理論分析基本保持一致，計(jì)算結(jié)果可靠。

5 現(xiàn)場應(yīng)用

從拆解返廠的舊機(jī)封來看，按此流程設(shè)計(jì)的機(jī)封使用效果及磨損狀態(tài)良好，端面摩擦痕跡均勻，石墨環(huán)未發(fā)生嚴(yán)重磨損（圖17），與前期設(shè)計(jì)結(jié)果基本保持一致。

圖17 摩擦副端面

6 結(jié)論

在特殊工況下為保證機(jī)封的使用效果，設(shè)計(jì)者需格外注意在設(shè)計(jì)參數(shù)滿足工況使用條件的情況下，同時(shí)需考慮多方位校核設(shè)計(jì)參數(shù)，利用有限元分析，優(yōu)化出最優(yōu)解。特別在混合潤滑狀態(tài)下，受端面的界面形狀控制與徑向錐度的影響，在整個(gè)運(yùn)行過程中占有極大比重。