以內(nèi)圓弧槽流體動(dòng)壓型機(jī)械密封為研究對象，建立了動(dòng)靜環(huán)端面間液膜的三維模型，運(yùn)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)理論和有限體積法對端面間液膜的流場特性和裝置的密封性能進(jìn)行了模擬和數(shù)值分析。對處于不同工況、不同密封介質(zhì)條件下的液膜流場，得到了其壓力、泄漏量、開啟力和摩擦扭矩的變化規(guī)律及相互影響關(guān)系。結(jié)果表明: 圓弧槽能夠產(chǎn)生明顯的動(dòng)壓效應(yīng)，動(dòng)壓效應(yīng)的大小與動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)速呈正比；液膜的壓力沿徑向由內(nèi)徑到外徑逐次降低；泄露量的大小隨動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)速或介質(zhì)壓力的增大而增大；開啟力的大小與動(dòng)環(huán)端面的總壓力具有相似的變化規(guī)律。

　　1、前言

　　流體動(dòng)壓式機(jī)械密封是一種非接觸式機(jī)械密封，可實(shí)現(xiàn)被密封介質(zhì)的零泄漏甚至零逸出，具有使用壽命長、密封可靠性高、運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用低、經(jīng)濟(jì)效應(yīng)高等優(yōu)勢，已在國內(nèi)外各種旋轉(zhuǎn)流體機(jī)械上推廣應(yīng)用。內(nèi)圓弧槽機(jī)械密封屬于外流式機(jī)械密封，采用外裝時(shí)適用于強(qiáng)腐蝕、高粘度、易結(jié)晶介質(zhì)，但其泄露方向與離心力方向相同，泄露量較大，因此有必要對其進(jìn)行研究。

　　圓弧槽機(jī)械密封作為一種流體動(dòng)壓式機(jī)械密封，國內(nèi)外學(xué)者對其做了大量的研究。Mayer 對這類密封進(jìn)行了大量的研究和介紹，從密封機(jī)理上認(rèn)為其是熱流體動(dòng)壓型機(jī)械密封，即熱效應(yīng)和流體動(dòng)壓效應(yīng)耦合的機(jī)械密封。1986 年，關(guān)雅賢、李松虎對圓弧槽機(jī)械密封進(jìn)行了試驗(yàn)研究。1994 年，Tournerie 等利用有限元法，計(jì)算了端面開槽機(jī)械密封的性能，其中包含了端面開弧形槽的機(jī)械密封。1997 年，Person等用數(shù)值方法研究了該類機(jī)械密封的穩(wěn)態(tài)動(dòng)力學(xué)特性，結(jié)果表明圓弧槽的主要作用是增加了端面間的靜壓力，使得密封環(huán)對動(dòng)壓波動(dòng)敏感性降低，有利于密封的穩(wěn)定操作。

　　為了便于工程設(shè)計(jì)，彭旭東等于1997 年提出了對該類圓弧槽機(jī)械密封性能參數(shù)進(jìn)行了近似計(jì)算的方法，可以近似計(jì)算端面膜壓系數(shù)和端面溫度等性能參數(shù)。2009 年，于明彬以核主泵用圓弧槽流體動(dòng)壓機(jī)械密封為研究對象，應(yīng)用有限元法分析了穩(wěn)態(tài)工況下圓弧槽幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)對密封性能參數(shù)的影響，以在較高液膜剛度條件下獲得較低泄漏量為幾何參數(shù)的優(yōu)化準(zhǔn)則，得到了密封具有優(yōu)良綜合性能的幾何參數(shù)優(yōu)選范圍。

　　對于外圓弧槽機(jī)械密封國內(nèi)外學(xué)者做了很多研究，而內(nèi)圓弧槽機(jī)械密封相對較少。本文建立內(nèi)圓弧槽機(jī)械密封環(huán)端面間液膜的三維模型，對其進(jìn)行數(shù)值模擬分析，以期得到在不同工況、不同介質(zhì)參數(shù)下，其密封開啟力、泄漏量和摩擦扭矩等密封性能參數(shù)的變化規(guī)律。

　　4、結(jié)論

　　(1) 液膜的壓力沿徑向由內(nèi)徑到外徑逐次降低，其中內(nèi)徑與密封腔介質(zhì)相接觸，壓力最大，液膜外徑處與空氣接觸，壓力最小；

　　(2) 圓弧槽位于內(nèi)徑處，從密封腔內(nèi)泵入壓力比較高的液體，擴(kuò)大了密封環(huán)端面間內(nèi)徑處的高壓區(qū)，在外徑壓力不變的情況下，形成了收斂型間隙，從而降低了泄露量。對于整個(gè)圓弧槽，在兩個(gè)槽口處壓力最高，槽底的壓力最底；

　　(3) 圓弧槽能夠產(chǎn)生明顯的動(dòng)壓效應(yīng)，動(dòng)壓效應(yīng)的大小與動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)速呈正比；泄露量的大小隨動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)速或介質(zhì)壓力的增大而增大；開啟力的大小與動(dòng)環(huán)端面的總壓力具有相似的變化規(guī)律。