为研究磁流体润滑螺旋槽机械密封稳态运行时密封环的角变形,推导了外磁场作用下磁流体的黏度公式;基于Muijderman窄槽理论,计算了磁流体润滑螺旋槽机械密封压力场和磁流体膜的开启力,分析了操作参数和螺旋槽结构参数对磁流体膜厚度和密封环角变形的影响。结果表明:磁流体膜厚度和密封环角变形随着转速、密封介质压力、电流、槽深、螺旋角的增大而增大,随着堰槽宽比和槽长比的增大而先增大后减小,随着闭合力的增大而减小。为了得到较高、较稳定的动压效应和较小的密封环角变形,应取槽长比为0.8,槽深为2.5~10.0μm,螺旋角为10°~15°。

性能优异的实验装置是检验和研发机械密封的基础。结合机械密封实验标准,归纳总结了实验装置的各项功能要求与主要系统组成,分析了现有的端面温度、端面摩擦扭矩、端面膜厚、端面膜压的测量方法,指出了实验装置在测试技术、寿命预测、机械密封追随性上存在的问题,提出了今后一段时期实验装置测试技术、机械密封寿命预测与追随性理论研究和实验技术的努力方向。这对开发出性能优异、功能齐全的机械密封实验装置具有引导意义。

石油化工泵用机械密封的失效分为早期失效、偶然失效和耗损失效三种，其失效模式符合威布尔分布。给出了机械密封失效模式的威布尔表达式，介绍了采用矩估计法、极大似然估计法和线性回归分析法对机械密封可靠性数据进行参数估计的实用方法，提出了机械密封可靠度及寿命的计算方法。

利用有限元软件ANSYS对不同螺栓载荷下的垫片接触应力分布进行了数值模拟。在此基础上，结合垫片系数m及内压，计算得到垫片有效密封宽度。结果表明，垫片有效密封宽度除受法兰密封面形状和垫片基本宽度影响外，还与法兰刚度和垫片几何尺寸有关；垫片有效密封宽度有限元计算值比GB150—1998规范计算值小。这为螺栓法兰金属垫片的设计与安全评价提供了参考。

机械密封端面摩擦状态包括干摩擦、边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦。端面摩擦状态是决定机械密封工作寿命和密封性能好坏的关键因素。本文探讨了判断机械密封端面摩擦状态的摩擦因数法、工况参数法、Mayer法和相对膜厚法。对GY70型机械密封的端面摩擦状态进行了试验研究。研究表明，当弹簧比压为0．0866MPa、介质压力为0．45MPa、转速在1116～2940r／min范围内时，GY70型机械密封端面间的摩擦状态为边界摩擦。

在分析了国内外在机械密封监控系统研究现状的基础上,制定了机械密封监控系统,该系统在硬件上采用DSP,在软件上采用先进的智能控制算法。它可以以一种预程序化受控方式对密封的工作条件和环境的变化做出快速的反应,使机械密封在满足泄漏量、温度、磨损率等反馈参数的要求下,处于最佳的工作状态,从而提高机械密封的可靠性并延长其寿命。

上游泵送机械密封是一种具有环保、长寿命、低能耗的高新密封技术,其应用前景将十分广阔。端面摩擦特性是决定上游泵送机械密封工作寿命和密封性能好坏的关键因素。对螺旋槽上游泵送机械密封的端面摩擦系数进行了试验研究,结果表明,随着端面比压的增大,摩擦系数快速减小,当端面比压增加到0.3 MPa之后,变成缓慢减小。当端面比压较小时,随着转速的增大,摩擦系数缓慢减小。当弹簧比压达到0.15 MPa左右后,转速对摩擦系数的影响非常小,可近似认为此时摩擦系数不随转速而变化。在槽型参数中槽深、螺旋角对端面摩擦系数影响较大,而槽数、槽宽比和槽长比对于端面摩擦系数影响较小。此研究结果为上游泵送机械密封的正确使用和设计提供依据。

基于双目视觉数字图像相关技术，设计了机械密封端面变形测量系统的方案。选用合适的高速数字摄像机、镜头、采集卡、光源、标定板、支架系统和服务器等构建了该系统的硬件，并基于双目视觉数字图像相关方法开发了相关软件。该系统可实现机械密封表面的三维形貌以及在力、热载荷作用下变形的全场测量，结构简单，使用方便。这为研究影响机械密封变形的关键因素及探索减小其变形的措施奠定了基础。

上游泵送机械密封是一种具有环保、长寿命、低能耗的高新密封技术,其应用前景将十分广阔。端面液膜特性是决定上游泵送机械密封工作寿命和密封性能好坏的关键因素。主要依据流体雷诺方程和Muijderman无限窄槽理论,再用端面槽型因子对其进行修正,推导了螺旋槽上游泵送机械密封端面间液膜的径向压力分布、泄漏率、承载力、摩擦力、摩擦系数等液膜特性参数的计算公式,并重点分析了操作参数与槽型参数对端面摩擦系数的影响。研究表明,摩擦系数随转速和粘度增加而增加,随压力增加而减小。槽深H＇=2.5、槽数Ng=10~18、槽宽比B=0.6~0.8、槽长比l=0.6~0.7时,密封环端面间摩擦系数较小,液膜特性较好,这时端面间间隙对摩擦系数几乎没有影响。此研究结果可为上游泵送机械密封的正确使用和设计提供依据。

金属垫片密封是压力容器和管道中常见的密封形式。其失效极少是因强度不足引起的，泄漏是连接系统失效的主要原因。在真实螺栓法兰金属垫片连接结构中。垫片的局部接触应力对螺栓法兰连接结构密封性能的影响较垫片的平均压紧应力更大。笔者在Wafters法的基础上，考虑了操作压力的影响，对法兰变形进行理论分析，推导了法兰偏转角的计算公式。根据法兰偏转角和金属垫片力学性能，提出了金属垫片接触应力分布的解析算法。解析计算得到的平均应力与数值模拟结果较为接近，但垫片外缘的最大应力小于数值模拟值，金属垫片接触应力的解析计算方法可作为一种保守的工程算法，可用于真实螺栓法兰金属垫片连接结构的设计。