针对菱形孔织构端面液体润滑机械密封,采用有限元法求解Reynolds方程,研究不同工况条件下、结构和材料的静圆环与之配对动圆环的力变形情况及摩擦扭矩、开启力和液膜刚度等的变化规律,分析端面变形对密封性能的影响。结果表明:菱形孔织构及静压差可使密封端面产生周期性波式和径向锥度变形,变形又将产生新的动压和静压效应,与原来的菱形孔织构和静压差产生的动、静压效应相互叠加,可显著增强机械密封的性能;弹性模量和密封环厚度对端面变形及密封性能也有较大影响;另外,端面变形并非均为有害行为,最小变形并非对应最佳密封性能,应针对具体工况、结构和材料对端面密封进行优化设计,以期获得最佳密封结构。

考虑密封系统各组件间接触受力及封闭流体与端面间的力作用,提出锥/孔组合型动压机械密封,构建端面密封流/固耦合理论模型,并将相应的有限元软件与计算机语言编程相结合,通过迭代计算获得端面膜压场及其变形情况,探究端面锥度和锥面宽度比在低、高压工况下对密封性能的影响规律。结果表明:随锥度?的增大,高压区缩小,低压区扩张,孔区内液体所形成的压力峰值越来越陡峭,使得静圆环端面上产生周期性波式变形和倾斜锥度变形,变形情况与膜压场的形状相类似;动圆环端面锥度变形比较明显,波式变形不明显,且随?的增大,锥度变形也越来越大。无论是对于较低速、低压或是较高速、高压状态下的机械密封,当端面特征几何结构参数选取为锥度?=0.8~1.6、锥面宽度比γ=0.8~1时,机械密封均可获得优良的综合性能。