液膜机械密封能够实现降低或消除密封端面摩擦磨损和控制密封泄漏的双重目的,简要介绍了液膜机械密封原理,并根据原理将其归纳为非接触式液膜机械密封和微接触式液膜机械密封两大类。基于基本原理给出了强制引流、运动增压、空化抽吸和黏性反输等四大基本功能结构,对其进行了一一阐述,提出了实际应用中具体表面改形结构是基本功能结构组合应用的观点。根据上述观点设计出了一种经过了现场考核的端面结构型式,达到了减摩抗磨和控漏的双重预期效果,为液膜机械密封的研究、开发及推广应用提供了一些有益参考。

针对端面螺旋槽液膜密封空化效应及稳态密封性能,基于k-ω湍流模型及Schnerr-Sauer空化模型采用专业流场仿真软件对机械密封端面螺旋槽液膜进行流场模拟研究,对比分析层流和湍流2种流态下不同螺旋槽几何参数和操作参数对密封稳态性能以及空化区域面积的影响。研究结果表明:端面螺旋槽液膜密封在湍流状态下的开启力、泄漏率以及空化面积比均大于层流模型下的值,且随着几何参数和工况参数的变化,层流效应和湍流效应对密封开启力、泄漏率以及空化面积比的影响规律基本相似;在不同条件下,螺旋槽外径侧更容易产生空化效应,且湍流效应下的空化区域明显大于层流效应下的值。研究表明在端面螺旋槽液膜密封中,湍流效应和空化效应对密封稳态性能的影响不可忽略。

基于已设计的变工况机械密封为研究对象,建立机械密封二维轴对称模型,采用有限元的方法对变工况下接触式机械密封的动环、静止环进行热力耦合计算,分析密封环端面温度以及密封环端面轴向变形随介质压力和转速的变化规律,并进行试验验证结构设计合理性。结果表明:密封环端面的温度和最大温差,随着介质压力和转速的增大而增大;该结构的密封在运转时,由于热变形占主导作用,密封端面易形成正锥度,且随着压力和转速的升高而不断增大。经运行试验表明,该结构的机械密封在变工况下未出现可见泄漏,具有良好的密封性能。

该文通过模拟高速齿轮箱的喷油润滑工况,采用试验的方法研究机械密封在高速齿轮箱轴端密封领域应用的可能性。试验表明:在低速工况时,端面无织构的机械密封具有良好密封性能,但不适用于高速工况;上游泵送螺旋槽机械密封无论在低速和高速工况下,都具有良好的密封性能。通过对比密封端面有槽与无槽时端面的温度,发现端面带有上游泵送螺旋槽的机械密封端面温度要远低于端面无槽时的端面温度,且端面温度随着转速的升高呈缓慢增长趋势,这是因为上游泵送螺旋槽的上游泵送效应随着转速的升高而增强,增加了端面间液膜厚度,减少了端面产生的摩擦热,有效抑制了密封端面的温升。因此该类机械密封在高速齿轮箱的轴端密封领域具有良好的应用前景。

针对低压气态螺旋槽上游泵送机械密封,采用有限差分法建立密封端面润滑分析模型,研究单螺旋角、双螺旋角螺旋槽对密封性能的影响规律。分析结果表明,在低转速时,端面间的开启力、气膜刚度随着螺旋角的增大,不断下降,而泄漏量不断增大;在高转速时,端面间的开启力、气膜刚度随着螺旋角的增大先增大后降低,而泄漏量先减小后增大;双螺旋角螺旋槽在密封端面形成的最大开启力优于单螺旋角,且工作面螺旋角大于背面螺旋角时,更易获得较大的端面开启力。该文研究内容可为螺旋槽上游泵送机械密封结构优化提供更多方向。

轴端密封作为深冷泵核心部件,其可靠性直接决定了主机的工作性能。该文介绍了深冷泵轴封的工作参数及难点,分析了目前深冷泵用各类轴端密封型式及特点,并针对深冷泵用机械密封面临的难题提出了相应对策。

随着全无油往复压缩机排气压力的不断升高,普通配方增强聚四氟乙烯密封材料无法满足使用寿命要求。碳纤维增强聚四氟乙烯密封材料具有更加优异的耐磨性、自润滑性和力学性能。本文选用不同类型的直线型碳纤维采用模压法制备了碳纤维增强聚四氟乙烯密封材料,并对其断面形态、表面硬度、弯曲性能、摩擦磨损性能等进行了测试研究,结果表明：采用高强度、低颗粒度含量的CF-1碳纤维制得的1~#密封材料具有最佳的综合力学性能;采用低强度、低长径比的CF-3碳纤维制得的3^#密封材料具有最高的表面硬度和弯曲强度。

针对输送高温气体介质的大轴径风机所采用的液体润滑双端面机械密封开展热力耦合分析研究,具有重要的工程实际意义。将动静密封环视为一体并采用参数化扫描功能对密封结构参数进行优化分析。研究表明:在高温、低压工况下,高温介质热传导对介质侧密封温度场的影响占主导;对介质侧的密封结构设计,不仅要从减少端面产热的角度出发,而且要对密封环进行有效地冷却降温。

利用有限元分析软件ANSYS计算了高压水泵用机械密封环的耦合变形并分析了介质压力、主轴转速、密封环材料、冲洗量等因素对变形的影响在此基础上提出了控制密封环变形的方法对高压水泵用机械密封的设计起到指导作用。

针对高温风机使用工况进行了集装式、双端面机械密封及循环冲洗系统的设计。采用有限元分析方法计算了介质侧密封环的温度分布理论验证了设计的准确性;机械密封装置在风机上进行了常温和高温试验试验结果表明设计出的机械密封装置及系统完全能满足现场使用要求。