以激光加工多孔端面机械密封为研究对象,建立符合Gauss概率分布的表面粗糙度模型,利用Fluent软件模拟研究了密封端面不同部位表面粗糙度对密封性能的影响规律,并通过正交试验进一步分析了不同部位粗糙度对密封性能的影响程度.结果表明液膜开启力和摩擦扭矩随端面粗糙度、转速的增大而增大;泄漏量随端面粗糙度的增大而减小、随转速的增大而增大;3个部位表面粗糙度对开启力增大、摩擦扭矩增大和泄漏量减小的影响程度为动环凹腔区粗糙度影响最大,静环端面粗糙度影响次之,动环非凹腔区粗糙度影响最小.

泵叶轮口环密封的动力特性与口环间隙内部流动特性乃至泵的运转稳定性密切相关,流动特性的改善可通过口环密封面造型来实现,为此,提出一种针对小间隙的“密封坝+螺旋线槽”微造型口环密封结构以期获得更优的口环密封动力特性。研究表明层流模型和湍流模型计算得到的口环密封动力特性和密封性能在基本规律上具有较好的相似性,只是在参数变化的趋势和幅度上存在一定的差别,分析认为湍流模型能够更充分地反映微间隙、微结构对流动特性的影响;螺旋槽产生的动压效应和泵送效应随转速的升高、径向间隙的减小而增强;与光滑口环相比,螺旋槽口环能明显提高液膜最大压力值,且随动环偏心距的增大提升幅度更显著;可见螺旋槽造型能使口环转子获得更好的对中性,减少磨损,延长使用寿命。

为了研究动压型机械密封液膜汽化特性和密封性能,建立了涉及水的饱和温度与压力的关系、黏温效应以及牛顿流体内摩擦效应的密封间隙液膜汽化计算模型,以螺旋槽机械密封为例分析了工况变化对液膜汽化特性及密封性能的影响规律。研究结果表明:介质温度升高时,存在平均气相体积分数突增的临界温度值,且随转速的增大临界温度值增大;介质压力和转速的增大对汽化有抑制作用,转速增大易使较高的汽化程度迅速降低且在某转速值处出现突变点,介质温度升高使得突变转速值增大;密封性能受工况变化的影响明显,特别是在汽化临界温度值、突变转速值处性能的变化速率迅速增大;液膜汽化首先发生在螺旋槽背风侧堰区,且随介质温度升高快速覆盖槽堰区并向坝区推进;随着转速的增大,润滑膜气相的周向分布更加均匀且高汽化区域会向外径侧移动。

在考虑水的饱和蒸汽压力与温度的关系、黏温效应以及牛顿流体内摩擦效应基础上,建立了涉及润滑膜温度的上游泵送机械密封微间隙气液固多相流动计算模型,采用Fluent中Mixture模型和DPM模型进行了数值模拟,研究了介质温度对密封润滑膜固体颗粒运动、沉积分布、沉积率及密封性能的影响规律.研究表明:介质温度升高,外槽根高压区压力减小,吸入颗粒数量增多且进入槽区的颗粒更易向外槽根和坝区运动,进入膜区的颗粒多数在较大离心力和压力梯度力的作用下从外径侧逃逸,颗粒沉积区域向外槽根收缩,沉积率降低,转速较低时颗粒易在外槽根附近槽区沉积且介质温度越低,沉积区域越向内槽根拓展,转速较高时则易在外槽根及坝区沉积;润滑膜开启力和摩擦扭矩随介质温度升高而减小,摩擦扭矩随转速升高而增大且对介质温度更敏感,泄漏量随介质温度的升高...

为研究中高温液体动压型机械密封端面变形规律及液膜汽化特性,建立涉及汽液两相流和密封环变形的计算模型;以螺旋槽液体机械密封为例,研究不同介质温度下密封端面轴向变形特征,以及润滑膜压力、温度及汽化特性与端面变形的关系。研究表明:动环最大、最小轴向变形分别位于螺旋槽的迎风侧堰区内径侧附近、背风侧中部,槽堰区的轴向变形呈周向波浪式变化;密封端面变形导致坝区膜压、膜温升高且堰区液膜汽化程度明显提高;介质温度升高时,润滑膜温度明显升高、开启力下降,坝区保持低汽化程度,堰区汽化程度提升明显,且当介质温度达393 K后,汽化程度的增速明显加大,即存在汽化突增的介质温度值;转速增大,润滑膜整体汽化程度下降。

以螺旋浅槽上游泵送机械密封为研究对象,对端面粗糙度进行近似模拟,同时建立涉及表面粗糙度和液膜空化的间隙润滑膜流动计算模型,模拟分析端面不同部位粗糙度对密封液膜压力分布和空化的影响。研究表明:密封端面粗糙度会使液膜高压区压力提升、范围扩大,且粗糙度越大越明显,其中,动环非槽区粗糙度影响最大,静环端面粗糙度影响次之,动环槽区粗糙度影响最小;低转速(如1 000 r/min)时,无论端面粗糙与否,螺旋槽和粗糙微元均未导致液膜空化;较高转速时,位于较低膜压区的粗糙微元会导致液膜微观空化,动环槽区粗糙度对液膜宏观空化有一定的抑制作用且粗糙度越大抑制作用越明显,动环非槽区粗糙度导致膜压升高、空化区域收缩,静环端面粗糙度对液膜空化的影响相对较小;动、静环全端面粗糙时对空化的抑制作用比任何局部粗糙时强,且转速越高越...

利用Eulerian多相流模型和蒸发冷凝模型,建立了涉及高温汽化、固体颗粒、黏温效应及牛顿流体内摩擦效应的动压型机械密封润滑膜汽液固三相流动模型,计算分析了润滑膜汽液固流动特性随工况的变化规律,以及润滑膜汽化、固体颗粒分布及密封性能的影响关系。研究表明:润滑膜汽化和固体颗粒分布均主要位于槽堰区,汽相和固体颗粒相之间存在相互制约关系;高介质温度导致的液相汽化和黏度下降使流体动压减弱,因而导致外槽根高压区不明显甚至消失。润滑膜汽化程度随转速增大呈先减小后缓慢增大变化规律,存在汽化抑制转速区且随介质温度的升高而向高速方向移动;固体颗粒体积分数在接近汽化抑制转速区时出现快速增大;介质压力增大至一定数值时出现固体颗粒体积分数迅速降至零附近的现象,且介质温度越高出现速降的介质压力越小;介质温度高...

综述了近年来非接触式机械密封中的发展概况，重点介绍了激光加工技术以及在机械密封端面改形及其表面处理的应用。机械密封通过端面改形技术，端面被加工成规则的螺旋槽形、微凹坑、人字形等形状，改善密封性能，实现密封的非接触，零泄露。激光技术的成熟与产品性能要求的提高是非接触式动压型机械密封发展的强大动力。尽管目前激光加工机械密封的研究应用还存在许多不足，但激光加工无疑是21世纪机械密封发展的一大趋势。

密封环的热力特性是影响接触式机械密封性能的关键问题。利用ANSYS软件,分别采用隔离法和整体法对接触式机械密封环温度场进行模拟,并与有关文献的实验结果进行比较、选择更准确的整体耦合法为模拟结果。在整体耦合求温度场的基础上,进行密封环热力耦合的计算和分析。研究表明：密封环变形随其材料的热膨胀系数的增大和导热系数的减小而增大,密封环最高温度和最大变形出现在静环内径处。