为了合理选择各因素以实现对液膜空化的有效控制,以螺旋槽机械密封为研究对象,采用流线迎风有限元法求解满足质量守恒JFO边界条件的控制方程,分析工况参数对液膜空化特性的影响。结果表明:介质黏度、平衡半径和弹簧力减小时,迎流侧压力降低,背流侧压力提升,液膜空化率降低,空化临界转速与临界压力变化趋势相反;介质黏度和弹簧力越小,空化率随转速的变化曲线越平缓,随内径压力的变化速率越小;平衡半径越小,空化率随转速的变化曲线越平缓,随内径压力的变化速率越大。

为研究机械密封端面形貌对密封性能的影响,建立考虑径向锥度、周向波度和端面粗糙度的螺旋槽液膜密封数学模型,运用正交试验法设计试验方案,采用有限元法计算不同方案的开启力、泄漏量和液膜刚度,并由极差分析确定了各参数对密封性能影响的主次顺序。结果表明:端面形貌参数对开启力和泄漏量的影响顺序相同,锥度和波数是影响液膜密封性能的主要因素。

为了研究表面粗糙度对液膜密封性能的影响,考虑建立表面粗糙度的螺旋槽液膜密封数学模型,采用有限元法求解稳态Reynolds方程,进而分析了表面特性及综合粗糙度标准差对液膜密封开启力、刚度及泄漏量的影响。结果表明:表面特性小于1时,密封开启力、刚度小于密封面光滑时的值,泄漏量大于密封面光滑时的值,且综合粗糙度标准差越大,开启力、刚度越小,泄漏量越大;表面特性大于1时,密封开启力、刚度大于密封面光滑时的值,泄漏量小于密封面光滑时的值,且综合粗糙度标准差越大,开启力、刚度越大,泄漏量越小;随着表面特性的增加,密封开启力、刚度均逐渐增加,而泄漏量逐渐减小,因此表面特性大于1时,密封性能较优。