研制一种静环用O形圈性能试验装置,该装置利用步进电机通过螺旋差动机构对芯轴施加轴向载荷,实现被测O形圈的四面受压,进而可模拟静环与静环座O形圈的密封。基于该装置在不同工况下对丁晴橡胶O形密封圈密封面之间的接触应力和泄漏量进行实验测量。结果表明O形密封圈在预压缩率一定的情况下,接触应力随着工作介质压力的增大而增大;在工作介质压力一定的情况下,接触应力随着预压缩率的增大而减小,但减少的幅度并不大;O形密封圈的内径对其在不同工况下的接触应力有一定的影响,但影响不大。

基于逾渗理论,求解了密封界面不同网格层数下的逾渗阈值;分析了两粗糙表面的接触状态;根据W-M函数及其变式,通过MATLAB软件模拟,获得了不同表面形貌下接触式机械密封界面的孔隙率和密封间隙高度比。研究结果表明,两表面的形貌参数相同或相近时,侧接触特征明显,两表面的形貌参数相差越大,越接近于粗糙面与平面的接触;基于密封界面侧接触的初始孔隙率数值表达式与MATLAB模拟结果一致,验证了侧接触的正确性。本文研究为揭示机械密封界面泄漏机理和完善接触力学分析提供了新思路。

在获取Lee相变传质方程中最优传质系数的基础上,研究了螺旋角、槽径比、槽堰比以及槽深等槽型结构参数对液膜机械密封汽化特性(平均汽相体积分数表征)的影响规律,并基于均匀试验设计方法和响应面法探明了槽型结构参数之间的交互作用。最后以槽型结构参数为设计变量,以平均汽相体积分数为优化目标,采用遗传算法获得了结构参数的最优解范围。研究表明:平均汽相体积分数随着螺旋角、槽堰比、槽深的增大而增大,随着槽径比的增大先增加再减小;槽堰比和槽深交互影响极其显著,螺旋角和槽深交互影响较为显著;螺旋角、槽径比、槽堰比以及槽深分别在25.0°~28.0°、0.10~0.30、0.10~0.25和4.0~6.0μm时,可以获得较优的平均汽相体积分数值。

随着动压型非接触式机械密封应用领域的扩展和运行工况的复杂化,液膜相变成为影响其工作稳定性和可靠性的关键因素之一。针对端面液膜汽化和液膜空化2种相变类型,分析汽化和空化现象的产生机制,介绍常见的几类相变模型,如Thermal Lattice Boltzmann模型和Zwart-Gerber-Belanri模型等,综述端面型槽结构参数和工况参数对液膜相变程度影响规律的研究进展。指出在相变影响的研究方面,目前的研究主要集中在单因素对槽结构参数或工况参数的影响上,而对多因素综合影响的研究还不够深入。提出液膜相变问题未来可能的发展方向:汽化与空化综合作用理论计算模型的创新、极端工况下液膜相变与密封稳定性的关联、相变监测技术的突破。

核主泵的密封性能是钠冷快堆安全评价的重要指标。以某型试验钠冷快堆核主泵为研究对象,提出了一种适用于钠冷快堆核主泵的双端面自泵送机械密封;运用正交试验法设计试验方案,并基于Fluent进行数值仿真模拟,探讨了该机械密封结构参数和工况参数对端面开启力和泄漏率的影响,分析了泵腔氩气零泄漏要求下的密封阻塞流体的压力调节范围。结果表明在试验参数的范围内,槽面宽比和螺旋角对开启力均有影响,且槽面宽比影响更为显著,开启力随着槽面宽比和螺旋角的增大有上升的趋势;槽面宽比对泄漏率影响显著,泄漏率随槽面宽比的增大迅速增大。得到了最大转速和停机工况下阻塞流体压力与泄漏量、开启力的关系式;当泵腔工作压力为0.05MPa时,只要阻塞流体压力不超出0.0528~1.6378MPa区间均能保证密封安全有效。

旋转机械装备的密封性能对生产过程的能耗、效率和环保具有重要影响。基于逾渗理论,探讨了接触式机械密封界面空隙状态随动、静环表面分形参数和接触压力变化的规律。研究建立了密封界面单层网格微通道结构模型,指出了密封界面在接触压力作用下表现的逾渗、逾渗点和非逾渗3种状态。根据液体毛细管力和气体Knudsen数,提出了微通道内流体流动判据,分析了密封界面流体的流动阻力和泄漏流量,阐释了接触式机械密封界面泄漏机理。研究结果为接触机械密封优化设计和泄漏控制提供依据。

参数化建模是上游泵送机械密封型槽结构设计和优化的有效保障。本文通过对型槽结构的分析提出了一种新型螺旋线与圆弧组合的上游泵送机械密封端面型槽结构，并基于CAD/AutoLISP开发了参数化建模设计软件程序。程序能够实现与GAMBIT/FLUENT等分析软件的快速对接，提高上游泵送机械密封端面型槽结构优化的效率，其方便功能扩展的程序开放性，也为上游泵送机械密封其他新型组合型槽的开发提供了技术支持。

研究包括端面摩擦特性和密封特性（泄漏指标）的接触式机械密封基本性能,有利于延长机械密封的使用寿命,减少因泄漏带来的损失。通过对前人在机械密封端面摩擦特性及泄漏特性方面的研究成果包括摩擦特性参数、表面形貌的影响及其表征、端面材料配对、泄漏通道模型及界面流体流动特性的综述,分析了现有研究存在的不足,指出了机械密封基本性能研究的后续方向：全面考察机械密封的摩擦及泄漏特性,优化密封界面泄漏通道模型,建立密封界面流体流动模型。

针对低速工况气体密封研究较少而实际生产中又迫切需要开发的现状，该文将低速非接触式机械密封分成低速液膜非接触式和低速气膜非接触式两大类进行了讨论。文中分别从研究现状、端面结构、工作原理等几个方面对两类密封进行了对比分析，简要给出了其各自适宜的应用场合，以期使广大从事机械密封的工作人员对这两类密封有较全面的了解，并对设计和选型有一定的帮助。

非接触式机械密封由于其低磨损、高可靠性而成为密封领域研究的热点。本文通过对非接触式机械密封中深槽和浅槽机械密封的分类讨论，分别从研究现状、端面结构、工作机理、加工方法、应用范围几个方面对深、浅槽非接触式机械密封进行了论述和对比，同时例举这两类密封中具有代表性的圆弧深槽和螺旋浅槽进行了具体分析说明，简要给出了其各自的使用条件及范围，以期使广大从事机械密封的工作人员对这两类密封有较全面的了解，并对设计和选型有一定的帮助。