端面微孔机械密封研究进展

端面微孔机械密封是一种新型机械密封技术,它是在普通机械密封的端面上加工出微米级的小坑孔,具有良好的润滑性能和密封性能,已在石油化工行业用泵上获得了成功应用。本文简要地介绍了端面微孔机械密封的典型结构及其工作原理、端面微孔机械密封产生发展概况、最新研究进展及其在化工泵上的应用情况。     

动压环槽端面密封的泄漏量影响因素

对端面开环形槽的动压式机械密封进行了研究，根据周向波度模型，以雷诺方程为基础，运用有限差分法进行数值计算，求解二维压力场和泄漏量，编制了相应的计算程序，通过计算，从理论上分析了压差，转速，波度等因素对泄漏量的影响，重点分析了泄漏量与膜量的关系，指出了膜厚－泄漏量之间的关系指数与传统公式的不同之处，并实验验证了计算程序的可靠性。     

机械密封端面的动压效应研究

通过机械密封端面运动状况实验 ,讨论了机械密封端面倾斜而产生的动压效应对端面稳定的影响 ,提出动压作用下机械密封端面开启失效机理 ,分析了机械密封端面开启失效与动环密封圈摩擦力等各种因素的必然关系     

激光加工多孔端面机械密封泄漏量的影响因素

建立了激光加工多(微)孔端面机械密封(LST-MS)的理论分析模型,采用数值积分法计算了LST-MS的泄漏量,并与文献中的近似公式计算结果进行了比较,分析了不同流体膜厚条件下密封面几何参数和工况参数等因素对泄漏量的影响规律。结果表明,泄漏量与端面和微孔几何参数及工况参数有关,采用数值积分法计算的泄漏量值略大于近似公式的计算结果,并且前者与上述参数均有关,而后者仅与密封端面几何尺寸和无量纲压差有关,与微孔几何参数和压缩数的变化无关,采用积分算式更能准确地预测LST-MS的泄漏量。     

双端面机械密封泄漏原因分析与对策

通过对双端面机械密封的研究,找到了装置在使用Cu浆催化剂为介质的双端面机械密封泵泄漏发生的根本原因,从操作、设计等方面进行了分析并提出了改进的方法,在使用中收到了良好的效果。     

锥面接触机械密封的泄漏量计算

接触式机械密封是工程上应用广泛的密封形式，密封的效果与接触面的几何形状有直接的关系。文中通过对锥面接触式机械密封的接触形式分析入手，指出了接触面几何关系的几种不同状态，并以锥面接触式机械密封为例，分析、推导了锥面接触机械密封泄漏量的计算公式，同时指出了影响接触锥面锥度的因素，对改进机械密封的设计提出了有益的建议。     

部分端面微孔机械密封端面间液膜压力分布的理论研究

建立了研究部分端面微孔机械密封端面间液膜压力分布规律的理论模型,应用有限差分法求解了端面液膜压力的Reynolds控制方程,获得了端面液膜压力分布规律,并与端面全区域开微孔机械密封的情况进行了对比.研究了微孔密度Sp和微孔深径比ε对端面液膜压力的影响规律.结果表明:部分端面微孔机械密封的端面间液膜压力比端面全微孔的小;端面间液膜沿半径方向的最大压力降发生在孔区域结束处;端面液膜压力值最大值所对应的微孔密度Sp≈0.2,深径比ε≈0.02.     

表面波度对泵用液体圆孔端面密封泄漏特性的影响

考虑密封端面粗糙度、周向表面波度以及空化效应,建立液体圆孔端面密封分析数学模型,通过数值求解不同圆孔排布方式下液体端面密封的压力分布和泄漏率,分析表面波度几何参数（波高、波数）和密封工况参数（转速、密封压力、膜厚等）对开启力和泄漏率的影响。结果显示：周向表面波度明显改变密封端面压力分布;随着波高的增加,密封泄漏率逐渐增加,并且径向局部开孔端面密封的泄漏率小于径向全开孔端面密封的泄漏率,但当膜厚为2 μm时,密封端面局部开孔时的泄漏率反而较大;在低压工况下,波数对两种排布端面密封的泄漏率无明显影响,随着压力的增加,周向波数使得径向全开孔端面密封的泄漏率逐步减小;液体圆孔端面密封的泄漏明显受到转速、密封压力和膜厚的影响,密封压力增加密封泄漏也增大,而转速和膜厚增加密封泄漏则逐渐减小;在高速下,密封端面圆孔排布方式对密封泄漏影响较小。     

部分端面微孔机械密封性能的理论研究

研究了部分端面微孔机械密封的液膜开启力、液膜刚度、泄漏率和摩擦力矩等密封性能的计算方法,并研究了微孔密度Sp、微孔深径比ε、微孔区域比α等密封结构参数对密封性能的影响规律,并与端面全区域开微孔机械密封的情况进行了对比.结果表明,微孔密度Sp≈0.2、微孔深径比ε≈0.02时,开启力、液膜刚度和泄漏率最大;摩擦力矩随Sp、ε、α的增加而降低.     

液压缸活塞杆密封的泄漏量计算

根据液压缸内外行程时有杆腔油压的变化,并考虑到由活塞杆运动引起的拖曳压力,利用有限元软件AN-SYS计算了密封面上的接触压力分布,求得了外行程油液侧的最大压力梯度、内行程大气侧的最大压力梯度,从而算出了液压缸一个往复运动周期的泄漏量。计算结果表明,O形圈压缩率增加时,密封效果更好,内外行程速度比增加时,泄漏量也随之减少,当外行程速度为1 m/s、内行程速度为2 m/s时,活塞杆可将外行程时泄漏的液压油全部带回,从理论上说,液压缸就不会发生外泄漏。     

激光加工多孔端面机械密封的摩擦特性试验研究

对激光加工的多孔端面机械密封进行了摩擦性能试验研究，并与一般机械密封进行比较，结果表明，其端面温升，摩擦扭矩和摩擦系数远低于后者的相应值。说明该密封结构产生的动压效应使密封面间处于良好的摩擦状态。     

大圆形孔端面机械密封性能分析

考虑液膜空化的影响,采用有限单元法求解层流、等温条件下控制流体密封端面膜压的雷诺方程,分析大圆形孔端面机械密封在不同端面几何结构参数和操作条件下,端面液膜压力分布以及开启力、液膜刚度和泄漏率等密封性能参数的变化规律,对比微孔与大孔密封端面的性能,指出大圆形孔端面密封产生承载力的机制;以最大液膜刚度及开启力为优化目标,在研究范围内获得大孔的最佳孔深。结果表明:在相同研究条件下,随着孔径和孔数的增加,大圆形孔产生的流体动压效应比微孔更强;随着介质压力的增加,静压效应增强,空化效应减弱,由此导致端面开启力增大,液膜刚度下降,泄漏率增大;随着转速的增大,开启力和液膜刚度均增大,而泄漏率减小。     

影响椭圆微孔端面机械密封回吸现象的参数研究

为研究回吸现象对泄漏率的影响,基于Fluent多相流空化模型,建立椭圆微孔端面机械密封间隙液膜的三维数值计算模型,并从原理上分析影响回吸现象的因素。结果表明:回吸越强,泄漏率越低,甚至是零泄漏;回吸现象的影响参数可以分为两类:影响动压效应的参数,如转速、内外径压差、空化压力;造成低压区与密封间隙出口截面间距离改变的参数,如方向角(椭圆长轴与水平轴逆时针夹角)、椭圆形状因子(椭圆长短轴比)。探讨各因素对椭圆微孔端面机械密封回吸现象的影响。结果表明,回吸的强弱与转速、椭圆形状因子正相关,与内外径压差、空化压力负相关,与方向角的关系类似正弦曲线。     

水深变化对船用机械密封端面变形的影响

机械端面密封常用于深吃水的水面船舶和深潜水的潜艇的艉密封.研究了水深变化对船用机械端面密封端面变形的影响,结果表明:水深变化将引起密封结合面之间接触力和摩擦热的变化,改变了动静环密封面之间的接触变形和接触应力;密封环接触面上的接触变形和接触应力均随着水深增加而增加,但密封环外周的应力与应变比内周的应力与应变增加快,即动静密封环在水深增加的情况下,由内周紧密接触变为外周紧密接触,偏磨会由内圈转移到外圈.     

中压机械密封端面接触状态和应力研究

密封端面间的接触状态和应力分布影响着密封端面的磨损和变形,对机械密封的寿命和密封性能尤其重要。为研究密封端面间的接触状态和应力分布,建立机械密封动环、静环和静环座完整准确的双接触对有限元模型,分析工作压力、静环高径比(静环高度和外径的比值)、载荷系数和静环辅助O形圈内径比(O形圈的内径与机械密封平衡直径的比值)等参数对接触状态和应力分布的影响规律,得到密封端面间的接触状态和应力分布。结果表明:工作压力较低时端面接触应力分布均匀,端面全接触;但压力较高时接触应力分布可能不均匀,且工作压力越高分布均匀性越差,端面接触面积越小;静环高径比、载荷系数和静环辅助O形圈内径比等参数的增加会使接触应力分布更均匀,接触面积增加,端面最大接触应力减小,有利于密封的运转。     

基于多重网格法和CFD的多孔端面机械密封数值分析比较

为研究离心泵用激光加工多孔端面机械密封的内部流动机制,根据动压润滑理论采用多重网格法求解雷诺方程和基于计算流体力学方法(CFD)求解N-S方程,分别获得机械密封环端面微凹腔内的动压分布,并对两种计算结果进行对比。研究表明:合适的微孔尺寸可以产生流体动压效应;相邻孔之间的流体动压力会产生相互叠加和耦合,单个微孔的压力要比几个相邻微孔叠加所得压力略小。对比两种研究方法,CFD软件从流体力学角度提供了一种更精确的计算方法,可与多重网格法交互使用观察计算结果,以达到模拟的真实性。     

倾斜微孔密封端面气体润滑动压效应实验研究

对密封压力影响下倾斜微孔端面的气体润滑动压效应进行了实验研究,采用石墨动环和SiC静环配副实现旋转气体润滑。静环试件端面加工有与直径成一定倾斜角度的椭圆微孔,实验中对4种微孔端面的气体润滑膜厚度进行了测量,分析了密封压力和转速对气膜厚度的影响规律。结果表明:转速越高,气膜厚度越大,动压效应越强;密封压力越高,动压效应对膜厚的影响越小;双列倾斜微孔端面的动压效应优于单列倾斜微孔端面的动压效应。     

机械端面密封技术的热点问题

根据时代特点和当前机械端面密封技术发展趋势，提出了21世纪初机械密封技术的若干热点问题；流体动压型机械密封是密封技术中最活跃的领域，可控型机械密封是防止密封失效的可靠保障，新型材料的合成与加工是开发新型机械密封的基础，传统型机械密封处于进一步提高的阶段，应重视密封技术（机理和性能和预测）的基础研究、CAD设计技术和新型密封技术的推广应用。     

机械端面密封计算技术

本文综述了机械密封密封环温度场,密封环变形和密封端面摩擦润滑计算技术的国内外研究现状,介绍了常用的计算方法,并比较了它们的优缺点,指出采用有限元法计算机械密封密封环温度场和变形效果较好,机械密封端面摩擦润滑问题计算的关键是建立合理机械密封摩擦特性模型。     

机械端面密封代替骨架橡胶油封

<正> 随着化工、石油、冶金、动力、国防、轻工、交通、原子能及航天等工业的发展,解决机械设备的泄漏已成为重要的问题.特别在化工、制药、食品等行业的设备中,工作介质的泄漏造成物质的浪费和环境的污染,影响产品的纯度,成为这些部门急待解决的问题.本文以某厂立式摆线减速机(B15型机械部标准)为例,介绍用机械端面密封代替原输出轴端的骨架橡胶油封(HG4—692—67)所取得的效果.