动压密封技术广泛应用于工业生产中的各个相关领域,密封摩擦副表面的粗糙度及其纹理对流体的流动、减摩或动压产生有较大影响。介绍了流体润滑中动压机械密封界面微尺度效应的影响方式及作用机理,重点阐述了表面织构和表面粗糙度微尺度效应对流体动压机械密封性能的影响。合理的表面织构有助于提高流体动压密封的稳定性,依据相关研究结论及课题组最新研究成果,介绍了在开槽技术基础上的有序微造型设计,对如何有效利用界面微尺度效应尝试探讨了新的思路,并初步展望了流体动压机械密封的未来研究方向。

为解决传统双向旋转型干气密封较单向旋转型开启性能下降、密封效果减弱的问题,基于气体微尺度流动原理,提出一种具有定向微纹理槽底的梯形槽干气密封结构;利用数值方法对比研究不同方向微纹理及无微纹理结构的性能,证实定向微纹理设计的可行性,并确定V形为纹理最佳方向;系统分析工况参数和几何参数对V形纹理干气密封性能的影响,获得各参数的影响规律及优势区间。研究结果表明:V形纹理的开启性能最好,然后依次为无纹理、周向纹理、径向纹理、梯形纹理,且转速越大,5种结构开启性能差异越显著;高转速时泵送效应较强,具有节流抑漏效果;微纹理密度对密封性能影响微小,深度达到1~2μm即可获得优异的密封性能;小膜厚时微纹理影响显著,对应最优槽深较小。研究结果为双向旋转型梯形槽干气密封性能的提升和槽区激光加工扫描方向的选取提供新的

为了提高环形间隙密封在封油时的泄漏率计算精度和效率,通过网格无关性检验和试验验证获得了较准确的数值计算方法,并基于此开展了不同关键因子(表面粗糙度、轴向锥度、偏心量和周向线速度)影响下的理论计算研究。结果显示:工业应用中,间隙内油液流动多为层流,油膜网格层数不小于4层,纵横比取1~1.5时,数值计算结果稳定;层流时,表面粗糙度对泄漏率没有影响,而紊流时,粗糙度越大,泄漏率越小;间隙的收敛或发散几乎不影响泄漏,将综合膜厚乘以2修正,理论泄漏率与数值结果十分吻合;两种方法间的计算偏差随偏心量的增大而增加,偏心量不大于0.2 mm时,吻合较好;泄漏率随转速的上升而明显减小,与一般结论不同。

目的对传统液膜密封槽区的表面进行微观有序纹理化改性,以期调节微尺度流动,提高密封综合性能。方法根据流动因子ξ判断密封端面间流体流动状态,采用有限体积法数值模拟密封稳态性能,对比现有文献验证算法的正确性;对比研究不同几何、工况参数下,有、无表面微纹理设计的密封开启力和泵送率的变化规律,研究槽区纹理对密封性能的影响机理。结果采用槽区纹理化改性在提高密封间隙流体静压的同时,还可实现方向性导流,增强流体动压;在纹理方向与流场方向高度一致时(在所研究工况下,α为10°~15°),可表现出良好的导流效果;通过增加纹理密度(用纹理数量表示,n)或增大纹理宽间比(Bm/Cm),适当调小纹理间距Cm,可使导流效应增强;通过微纹理设计不会改变槽型参数的优化结果,存在较宽的纹理结构参数区间,使有纹理的密封性能较无微纹理的更优;有纹理密封

干气密封的核心技术在于微米级槽型的加工,密封槽型的理论深度hg一般为3~10μm、粗糙度Ra≤0.8μm,目前的主流开槽方式为激光加工,但其实际加工精度与理论研究存在较大差距,严重影响了干气密封的实际使用效果。本工作通过采用超快激光加工技术,以碳化硅(SiC)材料为实验对象,实现了槽深幅值波动区间为2μm、最大粗糙度为0.59μm水平的槽型精密加工,提出了以材料气化阈值对应最小激光能量为基准的超快激光精密加工工艺思路。同时结合有序造型设计方法,得到了有序性好、规整度高的有序造型槽型结构,微尺度织构间距的最大误差仅为2.5%。该技术较传统工艺方法的加工时间缩短约30%,实现了适用于实际工业应用的低成本、高效率的有序造型激光定向加工技术。最后提出了基于同一检测手段下的平均多处随机检测均方差的质量检测评价方法,可对干气密封开槽

基于干气密封微尺度流动特性,提出一种有序微造型的干气密封模型,可在提升密封性能的同时为激光开槽提供新的借鉴和参考.选择螺旋槽和T型槽两种干气密封经典槽型为研究对象进行仿真分析,通过文献对比验证了计算方法的正确性,在有序微造型的基础上进行了有无微造型性能分析和对比,最后对微尺度下微造型的密封性能开展了系统研究.结果表明同工况下,微造型结构的开启力较传统结构有明显提升,在高速高压及微尺度时的提升量愈加显著;T槽型的对称性使得其微造型结构兼具一定的减漏效果,且随膜厚增大减漏效果越明显;微造型深度、数量和面积对密封性能影响较大,存在一个使开启力较大同时泄漏量较小的最优槽深(螺旋槽和T型槽分别为5.5和2.5μm)及微造型深度区间(螺旋槽和T型槽皆为0.9~1.2μm).具微造型结构良好的增压性能,有助于进一步提高干气密

CFD是目前研究气膜密封在多工况变参数下相关性能的高效计算方法,其中网格划分方式和数量是影响计和0. 4时的开启性能和泄漏值出现较大不合理波动,得到的密封性能参数不符合实际变化规律,在低于0. 3或高于0. 5时的结果合理、趋势稳定;网格层数变化对开启力影响较小,层数在1～5区间变化时对泄漏量影响较大,网格划分超过5层后泄漏量变化趋于稳定;基于檿檿檿檿檿檿檿算精度和效率的关键因素。以T形槽气膜密封为研究对象,建立UG三维分析模型,通过Gambit进行网格划分方式和数量的渐次变化,最终以Fluent计算结果为依据进行气膜密封网格无关性分析。结果表明：网格划分中的size参数、层数及其变化后相应的网格数量对密封性能具有较大影响; size参数取值0. 3较小的size值及5层以上的层数时,网格数量大于50万时计算得出的开启力和泄漏值变化趋势稳定。

该文以螺旋槽干气密封为研究对象,借助Gambit软件进行网格划分及实现网格数量的渐次变化,进而分析网格尺寸规格和薄膜层数层在仿真计算中对模拟结果的影响。结果表明:在通过调整规格和层驱动网格数变化过程中,当层达到6后,泄漏量相对变化率β<5%,开启力的相对变化率η<0. 2%,开启力和泄漏量均趋于稳定;在层=6,规格=0. 05~1 mm时,开启力随规格增加变化较小,泄漏量均未超出标准允许范围;综合考虑计算的准确性和效率,层数取6,规格取0. 3~0. 6 mm为宜。