正弦微沟槽织构对柱塞密封副摩擦学性能的影响

简介

目的研究不同工况下正弦沟槽织构对柱塞密封副摩擦性能的影响,以降低压裂泵柱塞密封副的摩擦磨损。方法基于压裂泵柱塞密封副几何模型和流体润滑理论,建立了正弦微沟槽织构化柱塞-橡胶密封副动压润滑数值理论模型,通过仿真模拟研究了不同柱塞密封压力、运动速度对正弦织构减磨性能的影响。结果不同密封压力下,从40 MPa增至140 MPa时,织构化柱塞表面的油膜承载力及其增长率都不断增大,摩擦系数增大,增长率减小,且柱塞运动速度越高,油膜承载力及摩擦系数越大。不同柱塞运动速度下,油膜承载力和柱塞速度成线性增长关系,摩擦系数不断增大,增长率则呈现减小趋势。针对常用的压裂泵工况,柱塞运动速度和密封压力为错峰配合。根据仿真结果可以看出,在柱塞运动速度-密封压力为150冲次/min-80 MPa工况下,油膜承载力最大,摩擦系数最小,而300冲次/min-40 MPa工况下的油膜承载力最小,摩擦系数系数最大。结论正弦沟槽织构能够有效改善柱塞密封副的动压润滑性能,在文中的正弦沟槽织构参数下,随着柱塞密封压力、运动速度的上升,油膜承载力和摩擦系数均呈现增长趋势。