旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封摩擦界面接觸及故障模式聲發(fā)射響應(yīng)機(jī)制研究

摘 要 采用聲發(fā)射（AE）監(jiān)測(cè)技術(shù)，監(jiān)測(cè)密封界面不同摩擦狀態(tài)和不同故障AE信號(hào)，利用時(shí)頻分析方法提取信號(hào)時(shí)頻特征，進(jìn)而探尋密封AE信號(hào)特征與端面接觸摩擦狀態(tài)的映射關(guān)系。研究結(jié)果表明：密封端面摩擦下激發(fā)的AE信號(hào)頻率為270 kHz±40 kHz范圍內(nèi)的高頻帶;干摩擦模式下的均方根值隨轉(zhuǎn)速增加而呈現(xiàn)持續(xù)攀升狀態(tài);彈簧失效模式下的RMS、脈沖因子和裕度因子在1 000 r/min之后與健康密封相比差異較大，遠(yuǎn)高于健康密封。

關(guān)鍵詞 聲發(fā)射 旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封 故障診斷 狀態(tài)監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào) TH136" "文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A" "文章編號(hào) 0254?6094（2025）02?0229?11

機(jī)械大數(shù)據(jù)已經(jīng)成為揭示機(jī)械故障演化過(guò)程及本質(zhì)的重要資源，數(shù)據(jù)量的規(guī)模、解釋運(yùn)用的能力也將成為當(dāng)代機(jī)械故障診斷最為重要的部分。旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封作為防止介質(zhì)泄漏和外界雜質(zhì)流入的重要零部件，通過(guò)傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)其實(shí)施實(shí)時(shí)數(shù)字化監(jiān)測(cè)、建立監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析處理模型、感知異常情況并采取預(yù)知性主動(dòng)維護(hù)策略，能夠最大程度地減少能源損耗和資源浪費(fèi)，從而提高機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行效率和壽命。

聲發(fā)射檢測(cè)方法已被證明在檢測(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的早期故障方面具有卓越的潛力[1～4]。聲發(fā)射（Acoustic Emission，AE）技術(shù)對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)摩擦狀態(tài)的依賴性，為軸承[5，6]、風(fēng)力渦輪機(jī)[7，8]及齒輪箱[9，10]等摩擦系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)提供了強(qiáng)大的支持。根據(jù)旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封的工作條件，3種主要機(jī)制可能有助于配合面表面滑動(dòng)接觸中AE的產(chǎn)生，即潤(rùn)滑層剪切引起的粘性摩擦[11～13]，由于表面粗糙體和流體流動(dòng)之間的相互作用而引起的粗糙體變形（由于表面粗糙體的動(dòng)態(tài)彎曲和恢復(fù)，導(dǎo)致流體動(dòng)力潤(rùn)滑狀態(tài)下表面粗糙體產(chǎn)生振動(dòng)行為的發(fā)展）[11]和直接粗糙體接觸[11，13～15]。

除了了解旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封中摩擦學(xué)AE的來(lái)源機(jī)制外，分析AE信號(hào)的時(shí)頻域信息對(duì)于檢測(cè)機(jī)械密封運(yùn)行狀態(tài)同樣具有重要意義。在AE信號(hào)統(tǒng)計(jì)特征中，均方根（Root Mean Square，RMS）值（作為AE活動(dòng)的指標(biāo)）與滑動(dòng)接觸中AE源機(jī)制的多重相互作用之間存在很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)[15～19]。這種相關(guān)性在文獻(xiàn)[14]中得到了理論證明。FAN Y E試圖將峰度與旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封接觸的嚴(yán)重程度聯(lián)系起來(lái)，但并未成功[20]。MIETTINEN J和SIEKKINEN V研究了15 kW離心泵上旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封在不同工況下滑動(dòng)接觸行為的AE響應(yīng)，但這項(xiàng)研究?jī)H限于簡(jiǎn)單的時(shí)域分析[21]。頻域分析通常可以比時(shí)域特征更好地指示機(jī)械故障[7]，但由于AE事件的性質(zhì)、衰減、色散、多次反射及AE信號(hào)在傳播過(guò)程中的非線性特性等造成的其他限制，AE頻域分析比時(shí)域分析更易受到噪聲的影響。HASE A等的研究表明，可以根據(jù)AE頻譜的特征（例如頻率峰值和頻帶）識(shí)別不同磨損機(jī)制（即粘著磨損和磨料磨損）[22]。WANG Q和CHU F[23]在文獻(xiàn)[24]的基礎(chǔ)上，使用包絡(luò)AE波形的頻譜對(duì)350 MW蒸汽輪機(jī)的密封摩擦情況進(jìn)行分析，據(jù)報(bào)道，由于受到?jīng)_擊、結(jié)構(gòu)特性、油膜和噪聲的影響，傳統(tǒng)的頻域技術(shù)無(wú)法輔助識(shí)別摩擦源。聯(lián)合時(shí)頻分析方法（如短時(shí)傅里葉變換[25]、Wigner?Ville分布[26]、小波分析）則解除了上述時(shí)域分析和頻域分析方法在處理機(jī)械設(shè)備實(shí)際工作中所響應(yīng)的非平穩(wěn)信號(hào)時(shí)，無(wú)法提供頻率特性和時(shí)間頻率成分信息的限制。TOWSYFYAN H等使用短時(shí)傅里葉變換對(duì)采集到的接觸式旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封AE信號(hào)進(jìn)行分析，找到了可以呈現(xiàn)機(jī)械密封摩擦學(xué)行為的頻率范圍，但并未對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻分析，探查故障信號(hào)頻率特性[27]。

基于上述研究基礎(chǔ)，筆者搭建旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封試驗(yàn)臺(tái)與信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用高頻寬域與強(qiáng)靈敏的聲發(fā)射儀器，監(jiān)測(cè)健康密封（在正常運(yùn)行條件下，保持穩(wěn)定、可靠且無(wú)泄漏的密封裝置）與故障密封AE信號(hào)，并從AE信號(hào)時(shí)頻域、統(tǒng)計(jì)特征的角度對(duì)密封干摩擦故障模式和彈簧失效故障模式建立了數(shù)字響應(yīng)通道，分析并提取信號(hào)時(shí)頻特征，進(jìn)而探尋密封AE信號(hào)特征與端面接觸和不同故障模式下摩擦狀態(tài)的傳遞規(guī)律和反饋機(jī)制。

1 試驗(yàn)裝置和測(cè)量方法

1.1 旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封原理

文中的測(cè)試對(duì)象為非接觸式旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。非接觸式旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封是由一對(duì)異種材質(zhì)構(gòu)成的密封摩擦副，形成阻漏通道，并在摩擦副表面開(kāi)設(shè)流體動(dòng)壓微納槽型，促使低壓氣體在摩擦副界面升壓流動(dòng)形成全膜潤(rùn)滑，阻止高壓介質(zhì)對(duì)動(dòng)力裝置造成污染和破壞。

1.2 試驗(yàn)系統(tǒng)及測(cè)試方案

旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封狀態(tài)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)系統(tǒng)主要由傳動(dòng)系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、密封系統(tǒng)和測(cè)試系統(tǒng)組成，主要元器件及其性能參數(shù)見(jiàn)表1。

圖2展示了試驗(yàn)臺(tái)的示意圖以及狀態(tài)監(jiān)測(cè)流程。采用雙通道AE傳感器呈90°對(duì)稱放置于密封腔體外殼上，以獲得信號(hào)最佳采集效果。此外，AE信號(hào)分析裝置已與AE傳感器同步，以便更準(zhǔn)確地研究密封件的摩擦學(xué)行為。圖3展示了本試驗(yàn)所用的健康和故障密封環(huán)實(shí)物圖。

本研究的試驗(yàn)工作在0.1 MPa密封壓力下進(jìn)行，記錄了健康運(yùn)行、模擬干摩擦運(yùn)行和彈簧失效故障數(shù)據(jù)。動(dòng)環(huán)試驗(yàn)材料為SiC，靜環(huán)試驗(yàn)材料為石墨。對(duì)于每種不同工況，在50 r/min±5 r/min～2 000 r/min±5 r/min轉(zhuǎn)速下進(jìn)行，步長(zhǎng)為200 r/min，以生成旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封的不同摩擦學(xué)狀態(tài)。每個(gè)轉(zhuǎn)速下采集600個(gè)信號(hào)樣本。

1.3 數(shù)據(jù)處理模型

筆者選用具有多尺度分析、高時(shí)間分辨率、強(qiáng)適應(yīng)性、頻率高局部化的連續(xù)小波變換時(shí)頻分析技術(shù)處理密封AE信號(hào)。

設(shè)函數(shù)f（t）和小波函數(shù)ψ（a，t）具有傅里葉變換，則f（t）關(guān)于ψ（a，t）的連續(xù)小波變換定義為[28]：

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)信號(hào)的先驗(yàn)分析，選擇在一定頻率范圍內(nèi)可以良好均衡低頻和高頻信息的bump小波作為基函數(shù)，同時(shí)，bump小波具有較高的稀疏性，方便后續(xù)信號(hào)的處理和分析。bump小波基函數(shù)ψ（ω）的表達(dá)式如下：

式中 γ——頻域變量;

γ——中心頻率;

Δγ——與小波寬度相關(guān)的參數(shù)，控制小波的頻域支撐。

對(duì)密封AE狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻統(tǒng)計(jì)特征分析，可以提供更全面而準(zhǔn)確的狀態(tài)信息，有助于更好地優(yōu)化運(yùn)行狀態(tài)和故障特征的監(jiān)測(cè)。筆者使用RMS、脈沖因子（Pulse Factor，PF）、裕度因子（Margin Factor，MF）和能量（Energy，EN）4個(gè)特征指標(biāo)對(duì)密封AE信號(hào)進(jìn)行分析。為了維持?jǐn)?shù)據(jù)平衡、削減個(gè)別異常值的影響，對(duì)600個(gè)數(shù)據(jù)段的統(tǒng)計(jì)特征值進(jìn)行均值計(jì)算處理。

2 密封端面摩擦信號(hào)分析

2.1 密封端面接觸摩擦信號(hào)頻率識(shí)別

無(wú)密封測(cè)試是指將動(dòng)環(huán)和靜環(huán)從密封組件上移除，使密封組件進(jìn)行無(wú)密封空轉(zhuǎn)。從圖4a可以看到，無(wú)密封測(cè)試中轉(zhuǎn)速在1 000～2 000 r/min時(shí)的AE能量頻率主要集中在0～35 kHz（點(diǎn)A）和100～150 kHz（點(diǎn)B），且其頻率振幅具有良好的追隨性，而800 r/min以下的頻率振幅幾乎不可見(jiàn)。繪制50～800 r/min的時(shí)頻圖，如圖4b所示，可以觀察到A、B頻帶的存在，但是頻帶振幅量級(jí)較小，且A頻帶振幅更為微弱。A、B兩個(gè)頻帶與背景噪聲源（如電機(jī)振動(dòng)和軸承的元件接觸）有關(guān)，因此，其不能作為有效AE信息。

在偽靜止測(cè)試中，手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)無(wú)壓測(cè)試設(shè)備的驅(qū)動(dòng)軸，以產(chǎn)生密封端面間的緩慢接觸滑動(dòng)。然而，觀察圖5發(fā)現(xiàn)，圖4中的頻帶B依然存在，但頻帶A被掩沒(méi)，且頻帶A的振幅與無(wú)密封基本一致，而頻帶B的振幅卻比無(wú)密封高出近百倍，如圖5中頻帶A的放大圖所示。由此推斷出，頻帶A的AE源是距離傳感器較遠(yuǎn)的試驗(yàn)臺(tái)零部件，頻帶B的AE源則是距離傳感器較近的零部件。另外，圖5中除頻帶A、B外，還出現(xiàn)了270 kHz±40 kHz范圍內(nèi)的高頻帶（頻帶C）。運(yùn)用Zego表面形貌輪廓儀標(biāo)定密封摩擦副磨損前后的表面形貌紋理結(jié)構(gòu)的變化，通過(guò)高斯擬合形成不同表面粗糙度下的形貌特征和紋理結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)，密封摩擦副在未產(chǎn)生磨損時(shí)，表面粗糙度僅為0.025 19 μm，其表面較為光滑，如圖6a所示。當(dāng)驅(qū)動(dòng)軸被手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，使摩擦副端面間發(fā)生長(zhǎng)時(shí)間接觸摩擦后，端面出現(xiàn)圓周狀的犁痕，并且其表面粗糙度高達(dá)1.353 7 μm，如圖6b所示。由此可推斷出，密封對(duì)偶面間發(fā)生摩擦行為，粗糙峰發(fā)生形變，進(jìn)而造成的端面能場(chǎng)變化是頻帶C的AE源。

2.2 健康密封摩擦信號(hào)響應(yīng)趨勢(shì)

為了研究旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封摩擦接觸AE響應(yīng)趨勢(shì)，在0.1 MPa進(jìn)氣壓力時(shí)采集多個(gè)穩(wěn)態(tài)速度下的健康密封AE信號(hào)。在測(cè)試過(guò)程中，負(fù)載保持恒定，速度逐級(jí)增加，使用這種方法，可以定量分析不同轉(zhuǎn)速下的AE接觸響應(yīng)趨勢(shì)。如圖7a所示，A、B、C3個(gè)頻帶在50～800 r/min時(shí)清晰可見(jiàn)，振幅隨轉(zhuǎn)速的升高而降低，表明直接碰磨是軸低轉(zhuǎn)速下的主要AE源。1 000～2 000 r/min下，頻帶A、B整體趨勢(shì)和振幅與無(wú)密封時(shí)幾乎一致，隨轉(zhuǎn)速的升高而升高，頻帶C振幅則較為微弱，如圖7b所示。這時(shí)，試驗(yàn)臺(tái)的背景噪聲則成為了軸高轉(zhuǎn)速下的主要AE源。這進(jìn)一步驗(yàn)證了2.1節(jié)中的結(jié)論，說(shuō)明了頻帶A、B代表噪聲頻率。雖然頻帶A、B所代表的噪聲源頻率振幅也具有追隨性，但研究由摩擦學(xué)行為產(chǎn)生的AE信號(hào)更具有價(jià)值。因此，設(shè)計(jì)了一個(gè)帶通濾波器用于AE原始數(shù)據(jù)（圖7c、d），并將該濾波器應(yīng)用于文中的時(shí)頻分析。

根據(jù)旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封的工作原理，造成上述情況的主因是電機(jī)從50 r/min逐級(jí)提高到2 000 r/min的過(guò)程中，密封從端面閉合逐步成為具有穩(wěn)定氣膜的非接觸式密封，經(jīng)歷了邊界潤(rùn)滑、混合潤(rùn)滑和流體動(dòng)力潤(rùn)滑，具體取決于著名的斯特里貝克曲線所表征的操作條件，如圖8所示。

在AE信號(hào)特征指標(biāo)中，AE信號(hào)的均方根（RMS）值（作為AE活動(dòng)的指標(biāo)）已被證實(shí)與滑動(dòng)接觸中AE源機(jī)制的多重交互作用之間存在著強(qiáng)烈的關(guān)系[15，19]。如圖9所示，健康密封的RMS值隨著密封端面經(jīng)歷邊界潤(rùn)滑、混合潤(rùn)滑和流體動(dòng)力潤(rùn)滑3個(gè)階段，其響應(yīng)趨勢(shì)表現(xiàn)為先升高，再下降，最后再緩慢上升。在流體動(dòng)力潤(rùn)滑階段的RMS值與無(wú)密封接近一致。AE信號(hào)的RMS分析與時(shí)頻分析結(jié)論相互佐證。健康密封的其余統(tǒng)計(jì)指標(biāo)將在3.1節(jié)中與干摩擦狀態(tài)測(cè)試一同分析。

上述研究證明了頻率范圍和頻率振幅可以正確地呈現(xiàn)旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封的端面接觸響應(yīng)機(jī)制及其摩擦學(xué)行為，因此可以應(yīng)用于精確的密封狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

3 密封故障模式AE信號(hào)分析

3.1 密封干摩擦狀態(tài)

將測(cè)得的干摩擦測(cè)試原始信號(hào)通過(guò)連續(xù)小波變換轉(zhuǎn)換為時(shí)頻圖發(fā)現(xiàn)，相較于健康密封狀態(tài)下的摩擦AE頻率，其全轉(zhuǎn)速下的幅值保持相對(duì)較高的水平，這是由于密封配合面總是處于邊界潤(rùn)滑階段。其主要AE源是大量的粗糙峰直接接觸導(dǎo)致的粗糙峰形變，但隨轉(zhuǎn)速提高有緩慢下降的趨勢(shì)（圖10）。

分析時(shí)域和頻域中的典型特征指標(biāo)可以進(jìn)一步了解密封端面摩擦AE響應(yīng)機(jī)制。計(jì)算干摩擦測(cè)試下采集到的均方根、脈沖因子、裕度因子、能量4個(gè)特征指標(biāo)值并分別對(duì)其進(jìn)行均值計(jì)算，最后畫出4個(gè)特征指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速的變化趨勢(shì)（圖11）。

干摩擦測(cè)試的RMS呈現(xiàn)為先急劇上升，隨后緩慢上升的發(fā)展趨勢(shì)（圖11a）。原因在于，密封配合面處于摩擦過(guò)程中會(huì)引起摩擦表面劃傷和表層材料脫落，產(chǎn)生微小磨粒，同時(shí)由于靜環(huán)材料為石墨，軟性材料，磨粒容易壓入摩擦表面，產(chǎn)生壓痕，從表面擠出剝落顆粒，再次形成微小磨粒。當(dāng)密封環(huán)轉(zhuǎn)速較低、運(yùn)行時(shí)間較短時(shí)，其摩擦表面產(chǎn)生磨粒及發(fā)生磨粒磨損現(xiàn)象;當(dāng)轉(zhuǎn)速較高，運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，摩擦表面產(chǎn)生的磨粒充當(dāng)了潤(rùn)滑介質(zhì)的角色，起到了一定的潤(rùn)滑減摩效果。健康密封的RMS值隨著密封端面經(jīng)歷邊界潤(rùn)滑、混合潤(rùn)滑和流體動(dòng)力潤(rùn)滑3個(gè)階段，其響應(yīng)趨勢(shì)表現(xiàn)為先升高再下降，最后再緩慢上升。干摩擦的RMS值近百倍于健康密封。這同時(shí)也證明了AE信號(hào)的RMS值與AE源之間的強(qiáng)烈交互關(guān)系。

從圖11b、c中可以看出，健康密封的脈沖因子、裕度因子的發(fā)展趨勢(shì)一致，都是在邊界潤(rùn)滑階段和混合潤(rùn)滑階段處于上升趨勢(shì)，轉(zhuǎn)入混合潤(rùn)滑階段時(shí)，開(kāi)始緩慢下降，而進(jìn)入流體動(dòng)力潤(rùn)滑階段之后，再次緩慢上升。原因在于密封端面處于邊界潤(rùn)滑和混合潤(rùn)滑階段時(shí)，由于動(dòng)壓效應(yīng)不足產(chǎn)生碰磨現(xiàn)象，進(jìn)入流體動(dòng)力潤(rùn)滑階段后，氣膜完全打開(kāi)，碰磨現(xiàn)象消失。而干摩擦測(cè)試的脈沖因子和裕度因子整體都遠(yuǎn)高于健康密封，在200 r/min以下時(shí)，其脈沖因子、裕度因子迅速下降，而后隨轉(zhuǎn)速升高逐步增加，在1 400 r/min時(shí)出現(xiàn)下降趨勢(shì)。

健康密封的信號(hào)能量隨著其密封端面經(jīng)歷邊界潤(rùn)滑、混合潤(rùn)滑和流體動(dòng)力潤(rùn)滑逐步下降，在流體動(dòng)力潤(rùn)滑階段隨轉(zhuǎn)速升高而緩慢增大。干摩擦測(cè)試的信號(hào)能量趨勢(shì)表現(xiàn)為50～1 000 r/min快速上升，1 000～1 600 r/min轉(zhuǎn)為快速下降，1 600 r/min之后再度上升，如圖11d所示。

上述分析結(jié)果表明，當(dāng)密封AE信號(hào)可以顯著觀察到270 kHz±40 kHz頻帶且其振幅和AE信號(hào)的均方根、脈沖因子、裕度因子、能量遠(yuǎn)高于健康密封時(shí)，可判定當(dāng)前密封端面處于干摩擦狀態(tài)。

3.2 彈簧失效狀態(tài)

圖12展示了彈簧失效狀態(tài)下的AE信號(hào)時(shí)頻圖。由圖可以看出，在低速（100 r/min以下）摩擦下的AE頻帶270 kHz±40 kHz振幅遠(yuǎn)高于轉(zhuǎn)速100～600 r/min時(shí)的振幅，而相較于600 r/min以下的轉(zhuǎn)速，600 r/min以上轉(zhuǎn)速的振幅量級(jí)縮小了100倍，但仍高于健康密封近2倍。

彈簧失效狀態(tài)下的摩擦AE振幅發(fā)展趨勢(shì)相較于健康密封，邊界潤(rùn)滑進(jìn)入混合潤(rùn)滑的轉(zhuǎn)速提前了100 r/min，混合潤(rùn)滑進(jìn)入流體動(dòng)力潤(rùn)滑的轉(zhuǎn)速提前了200 r/min，如圖13a所示。上述表明，在彈簧失效時(shí)，靜環(huán)組件的補(bǔ)償力變得非常不穩(wěn)定，導(dǎo)致動(dòng)靜環(huán)的預(yù)施加力不足，動(dòng)、靜密封環(huán)會(huì)提前脫開(kāi)。因此，與健康密封相比，從邊界潤(rùn)滑過(guò)渡到混合潤(rùn)滑、再到流體動(dòng)力潤(rùn)滑的速度更快。彈簧失效測(cè)試中的脈沖因子和能量隨轉(zhuǎn)速變化的整體趨勢(shì)與健康密封基本一致，脈沖因子、裕度因子在1 000 r/min之后均遠(yuǎn)高于健康密封，且攀升速度較快，如圖13b～d所示。對(duì)比圖7d和圖12b發(fā)現(xiàn)，彈簧失效測(cè)試中800～2 000 r/min的摩擦AE頻帶振幅約為健康密封的2倍，圖13a中的彈簧失效測(cè)試在1 000 r/min之后的RMS也表現(xiàn)出了更高的水平。由此表明，由于彈簧缺失，密封端面受力失衡，從而導(dǎo)致密封間隙不均勻，而高速使間隙不均勻現(xiàn)象更為明顯，因此有一些表面區(qū)域受到了更高的接觸壓力，密封端面摩擦現(xiàn)象更為嚴(yán)重，檢測(cè)到的AE活性更高。

因此，AE統(tǒng)計(jì)特征指標(biāo)對(duì)密封間隙完整的依賴性證明了所提方法在調(diào)查密封頭組件（如二級(jí)密封、彈簧等）故障方面的強(qiáng)大潛力，并且當(dāng)密封環(huán)轉(zhuǎn)速高于1 600 r/min時(shí)，RMS值、脈沖因子和裕度因子數(shù)值持續(xù)攀升，而能量卻和健康密封近乎一致時(shí)，可認(rèn)為密封頭組件中的彈簧出現(xiàn)了問(wèn)題。

4 結(jié)論

4.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封運(yùn)行過(guò)程中，AE信號(hào)由密封間隙中的摩擦源機(jī)制產(chǎn)生，且能夠快速響應(yīng)密封端面接觸所產(chǎn)生的摩擦學(xué)行為，摩擦AE信號(hào)頻率在試驗(yàn)材料動(dòng)環(huán)為SiC、靜環(huán)為石墨時(shí)展現(xiàn)為270 kHz±40 kHz的高頻帶。

4.2 摩擦AE頻率振幅變化以及均方根值均能清晰識(shí)別旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封健康運(yùn)行下的不同摩擦潤(rùn)滑狀態(tài)。

4.3 旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封聲發(fā)射信號(hào)統(tǒng)計(jì)特征指標(biāo)的綜合分析表明，脈沖因子、裕度因子特征指標(biāo)對(duì)隨轉(zhuǎn)速增加所引發(fā)的摩擦學(xué)行為變化均表現(xiàn)出高敏感性，RMS和能量表現(xiàn)出了較好的穩(wěn)定性。

4.4 當(dāng)旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封處于干摩擦狀態(tài)時(shí)，可被認(rèn)為密封發(fā)生了嚴(yán)重故障（密封端面間氣膜消失，端面發(fā)生直接接觸或碰撞），此時(shí)其摩擦AE頻率270 kHz±40 kHz振幅表現(xiàn)為高水平活動(dòng);當(dāng)密封組件中彈簧出現(xiàn)故障時(shí)，相比于健康密封，其不同潤(rùn)滑狀態(tài)的臨界速度會(huì)提前。

4.5 本研究為利用聲發(fā)射技術(shù)監(jiān)測(cè)旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封運(yùn)行狀態(tài)提供了可行性證明，對(duì)后續(xù)旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封向智能化、高可靠、長(zhǎng)壽命方向發(fā)展具有重要意義。

參 考 文 獻(xiàn)

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