基于转子在临界转速下的涡动特性,分析转子涡动的轴心运动轨迹。由于动环圆心运动轨迹追随转子,故以动环圆心的圆形运动轨迹为研究点,建立动环偏心的液膜区域模型。采用有限差分法对广义雷诺方程进行离散,通过SOR迭代方法对离散方程进行求解,得到液膜密封端面压力分布,并探讨动环偏心距对液膜开启力、摩擦扭矩、泄漏量以及空化率等液膜密封性能参数的影响规律。结果表明:随着偏心距的增大,内径开槽的密封环槽区面积减少,导致动压效应降低,使密封端面压力呈现出不对称分布的结果;液膜开启力和摩擦扭矩由于密封环表面压力降低且分布不均匀都呈现出下降的趋势;泄漏量随偏心距的增加有下降的趋势,而空化率随着偏心距增加呈现出先上升后下降的规律。

为进一步探索液膜密封性能影响机制,以上游泵送螺旋槽液膜密封为研究对象,基于满足质量守恒的Schnerr-Sauer空化模型,建立密封环涡动模型并基于圆形涡动轨迹,探讨了不同操作工况如压差、转速和膜厚时,涡动方向对密封性能和液膜空化影响。结果表明:正向涡动在变压差和变转速时均可提升液膜承载能力但加剧了泄漏量,反向涡动虽减小泄漏量但较大幅度降低液膜承载能力,不利于密封稳定性;变膜厚时,反向涡动显著降低液膜承载能力,而较大膜厚时正向涡动提升液膜承载能力相对较小;正向涡动有效促生液膜空化,而反向涡动在变压差时有助于抑制液膜空化但低速时对其无影响,并且受膜厚影响较小。