通过设计方坑-半圆柱体叠加织构,建立了不同面积占有率、不同深度、不同角度的方坑-半圆柱体叠加织构的流体动压模型,探索叠加织构不同几何参数对流体动压分布和油膜承载能力的影响。仿真结果表明:随着织构面积占有率的变化,方坑-半圆柱体叠加织构油膜承载能力呈先增加后减小趋势,织构深度对油膜承载能力的影响较小,具有一定倾角的织构能够提升滑块的动压润滑性能;当织构中方坑及半圆柱体深径比不变时,面积占有率为36%时流体动压效果较优,平均摩擦系数最小;在织构面积占有率不变时,深度为0.15 mm,织构倾角30°时动压效果较优,此时织构化滑块表现出优良的摩擦学性能。研究结果为进一步提升织构化特征滑块的润滑性能提供参考。

本文重点介绍流体动压径向密封技术是基于流体动压效应衍生和发展起来的机械原理,对常规的径向密封圈有较好的替代作用,能够解决常规机件中存在的隐患及弊端,特别是对于空间有限,磨损严重和作业量大等工作场合,具有广泛的适用性和操作性.本文重点结合流体动压径向密封技术在石油机械的应用情况进行研究.

采用结合三维有限元分析与基于经典摩擦理论的密封液膜流场分析相结合的方法,针对某新型核反应堆冷却剂泵(简称核主泵)机械密封的6种密封面方案进行分析研究,对比各方案的液膜厚度、接触载荷、名义磨损率、低压泄漏率等关键参数。计算结果表明,6 mm槽宽的设计方案是一组性能较为平衡的设计,其密封面的性能输出特征与某进口成熟机械密封类似且略优于进口型号;带有低压补偿的直线槽方案能够大幅延长密封面寿命,但同时带来了更高的低压泄漏率。

目前对机械密封端面型槽多采用多段线拟合或者点拟合的方法来形成近似的螺旋线,模拟效率低且模拟结果准确性不高。提出准确性更高的、参数方程驱动的对数螺旋线型槽绘制方法,基于Visual Basic编程语言对SolidWorks软件进行二次开发,实现对扩压式自泵送机械密封动环端面及其流体计算域的参数化建模。研究表明:参数化所建模型,其密封端面结构及流体域参数可以便捷修改,型槽的绘制更加快速,绘制的槽线更加顺滑,更接近于真实型槽曲线;参数化建模结果能够导入ICEM等软件进行处理,为扩压式自泵送机械密封性能数值模拟效率的提升奠定了技术基础。

表面织构负压区“空化”行为严重影响织构化密封端面整体密封性能。采用激光加工技术在碳化硅密封环端面制备出平底、左倾斜、右倾斜等3种底部形状的正方形凹坑织构,通过自主搭建的高速密封试验机开展试验,研究不同转速和轴向载荷条件下底部构形对端面摩擦系数、泄漏量及温度等密封性能参数的影响;利用Fluent17.0软件模拟分析3种底部构形截面的压力和流线分布。结果表明:随转速及轴向载荷的增大,底部左倾斜织构能显著减小端面摩擦系数和抑制泄漏,降低密封端面热量,有效改善机械密封性能;轴向载荷为110~140 N,转速在7000 r/min时,底面左倾斜织构可获得最佳的综合密封性能;底部左倾斜织构入口处的负压区面积显著减小,流体介质的“空化”行为得到有效抑制,织构区域内流线复杂而紊乱,回流更强烈,流体微动压效应更明显。

介绍百万千瓦级核电厂主泵流体静压型轴封和流体动压型轴封的工作原理、性能及结构特点，并分析了其中的关键技术，得到了百万千瓦级主泵轴封的技术现状，并对轴封技术的发展趋势作了近期展望。

考虑流体粘温效应，建立了典型核主泵用流体动压型机械密封三维稳态传热有限元模型。建立了由流体域及密封环组成的二维轴对称共轭传热有限元模型，计算了对流换热系数。在此基础上，采用有限元软件求解三维模型密封温度，分析了流体入口流速以及转速对密封端面温度的影响。结果表明：深槽结构导致开槽静环密封端面温度分布不均匀；流体入口速度几乎不影响温度分布；增大转速，密封端面温度显著升高。

应用UG三维建模软件建立两种不同形式的螺旋槽密封结构用Gambit软件对其进行网格划分并利用流体动力学求解工具Fluent对两种形式螺旋槽密封的微间隙三维流场进行了模拟仿真。研究表明：两种形式的螺旋槽均可以产生明显的动压效应;在一定转速范围内端面总压随着转速升高而增强;开于密封端面间的螺旋泵送槽相比于同类开于外径处的螺旋槽流体动压效应更为明显形成的流体润滑膜更为稳定。