干气密封是现阶段较为先进的密封形式之一,在启停阶段以及非正常运行阶段通常会出现接触摩擦,进而导致一系列磨损问题的发生,影响干气密封的使用寿命和利用价值。摩擦振动是摩擦副在摩擦磨损过程中所产生的普遍现象,摩擦振动信号蕴含着大量反映摩擦副运行状态的信息。此外,混沌理论能够良好展现摩擦系统的非线性特征,反映系统变化规律。因此,提取干气密封环在摩擦磨损过程中的变化特征,掌握摩擦磨损状态,并且根据混沌参数研究密封环表面的摩擦学性能变化,可为干气密封环摩擦学研究、磨损状态监测提供理论依据。本文以干气密封的启停阶段为研究背景,选择合适的工况参数,进行干气密封环磨合磨损试验,采集运行过程中的振动信号,并利用集合经验模态分解方法(EEMD)进行降噪,提取出合适的摩擦振动信号数据,之后在此基础上运用混沌理论对摩擦振动信号进行混沌特征分析。利用混沌理论分析干气密封环间产生的摩擦振动信号,发现当转速为500r/min,载荷为150N、450N、700N时,磨合到稳定的过程中,各个摩擦振动信号时间序列的最大Lyapunov全部大于零、主成分分量谱图基本呈一条斜率为负的直线,同时吸引子的形态皆具有一定分布形式的轨迹,由此判断出摩擦振动信号具有混沌特征。而当密封环间的磨损状态由跑合阶段到稳定阶段变化时,其对应的摩擦振动吸引子变化趋势为“收敛-稳定”;混沌特征参数关联维数D的值皆随着磨合磨损过程的进行由小变大,当摩擦进行到正常磨损阶段后D值都保持在较小范围浮动,达到平稳。因此,混沌吸引子以及关联维数D皆可反映密封环端面间的摩擦磨损过程。利用摩擦振动信号吸引子和其特征参数分析不同DLC薄膜织构直径和密度(d=150μm、200μm、250μm;s_p=5%、10%、15%)对密封环的摩擦学性能影响,在转速为300r/min、载荷为200N时的工况条件下,摩擦进行到600s时光面密封环的摩擦振动吸引子处于发散状态,而表面开设有微织构的密封环的吸引子呈现出很明显的收敛变化,都盘旋在某一特定区域。这表明此刻织构化表面摩擦系统基本处于稳定状态,磨损程度小;而光面环表面振动能量大,摩擦磨损较为剧烈,进而说明DLC膜织构表面能有效改善干气密封环的摩擦学性能。摩擦振动吸引子的收敛程度随着织构直径和表面密度的增大而增大,混沌特征参数关联维数D的值也对应逐渐增大,这说明织构直径和面密度较大时,系统精细结构复杂,摩擦振动释放能量弱。由此可以得到在端面载荷200N和转速300r/min的工况条件下,直径为250μm,面积密度为15%的表面织构具有最佳摩擦学性能。