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。     

激光加工多孔端面机械密封的理论研究

通过建立矩形截面轮廓激光加工多孔端面机械密封的理论分析模型,采用有限元方法求解雷诺方程,研究了不同微孔结构参数及工况参数对密封端面平均压力的影响规律,以能够产生最大端面平均压力为优化目标,指出微孔深径比最优值应不小于0．1,面积密度最优值大约为0．2。该研究方法与结果对多孔端机械密封的设计和使用具有重要意义。     

激光加工多孔端面机械密封变形的数值分析

针对离心泵用激光加工多孔端面机械密封,通过采用有限元法求解雷诺方程获得密封端面流体膜压分布,计算了不同约束、不同结构动、静密封环的力变形以及端面泄漏量、液膜刚度和刚漏比等密封性能参数,分析了变形对密封性能的影响。结果表明:端面变形对密封性能影响很大,将导致泄漏量增大,刚漏比减小;密封环的约束对变形起着重要作用,选择合适的约束可以减小密封面转角,提高液膜刚度,增强密封工作稳定性。     

激光加工多孔端面非接触机械密封的性能研究

建立了激光加工多孔端面机械密封的计算模型,采用有限差分法求解雷诺方程,获得在不同操作工况和表面微孔结构参数下密封面的无量纲压力分布,进而得到了产生最大端面压力时的优化结构参数,且与Etsion等研究的试验结果较为一致。分析结果表明密封面上的微孔可产生明显的动压效应。     

激光加工多孔端面机械密封的摩擦性能分析

分析了工况参数和结构参数对激光加工多孔端面机械密封摩擦性能的影响。建立了激光加工多孔端面机械密封的计算模型和边界条件,采用有限差分法求解液膜控制方程,获得在不同操作工况和表面微孔结构参数下的密封开启力。理论推导得到了激光加工多孔端面机械密封的摩擦扭矩表达式,并对其进行了分析。结果表明,密封端面间的摩擦扭矩随着密封环转速的增加而增大;微孔深度和微孔密度有最佳参数,使密封端面间的摩擦扭矩最小,且与试验结果吻合。     

激光加工多孔端面机械密封中空化边界条件的比较

建立了激光加工多孔端面机械密封（LST-MS）的动压分析理论模型,在Half-Sommerfeld、Reynolds和JFO等3种不同空化边界条件下应用有限元法求解了端面流体膜压的Reynolds控制方程,研究了微孔结构参数及操作条件对端面无量纲平均动压的影响规律,并对上述空化算法的计算速度和精度进行了比较。结果表明,在一般情况下,采用Reynolds和JFO空化边界条件具有十分接近的预测精度,但是前者的预测速度明显优于后者,而采用Half-Sommerfeld空化边界条件预测精度则很差,建议此时采用Reynolds空化边界条件;对于不能采用Reynolds空化边界条件的情况,则建议采用JFO空化边界条件进行预测分析。     

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。     

激光加工的多孔端面机械密封的性能数值分析

建立激光加工多孔端面机械密封的分析模型,采用有限差分法求解雷诺方程,得到不同操作条件和微孔结构参数 下密封端面间的流体压力分布,进而可以计算端面间的密封开启力和液膜刚度。通过分析端面结构参数对密封开启力 和液膜刚度的影响规律,可得到端面结构的优化参数。分析结果表明,微孔密封面可产生明显的动压效应。     

激光加工多孔端面气体密封的临界静压开启特性

研究激光加工多孔端面干式气体密封的临界静压开启特性。建立控制端面气膜压力的Reynolds方程;在静压开启条件下,分析机械密封端面从接触到非接触的临界开启密封性能,研究周向开孔比、径向开孔比、深径比、面积密度等微孔几何参数对临界开启力以及气膜刚度的影响规律。结果表明:面积密度在0.5～0.6内取值,深径比在0.004～0.006范围内取值,周向开孔比和径向开孔比均取0.7时,密封可获得最佳静压临界开启特性。     

微孔参数对激光加工多孔端面机械密封性能的影响

通过建立激光加工多孔端面机械密封的理论分析模型,应用有限元方法在给定工况下研究了不同微孔截面型线的微孔深径比ε和面积密度Sp对端面开启力、液膜刚度、摩擦扭矩及泄漏量等密封性能参数的影响规律。结果表明:当微孔深径比ε小于或等于0.2时,激光开孔端面密封的开启力、液膜刚度和摩擦力矩随其的增大急剧下降,但当微孔深径比ε大于0.2时,密封性能受其的影响很小;当面积密度Sp为0.4~0.6时,密封可获得最大的开启力或液膜刚度。     

A Hydrostatic Laser Surface Textured Gas Seal

A theoretical model is developed to study the effect of partial laser surface texturing (LST) on a hydrostatic gas seal. The partial LST provides a mechanism for hydrostatic pressure build up in the sealing dam similar to that of a radial step. The surface texturing parameters are numerically optimized to obtain maximum efficiency in terms of the ratio of load carrying capacity over gas leakage. The performance of the optimum partial LST seal compares favorably with that of a radial step seal.     

抛物线型流体静压型机械端面密封数值分析

以小型水下航行器艉轴用机械密封为研究对象,提出了抛物线型流体静压型机械端面密封(PHS-MS)二维轴对称模型;兼顾流体粘度随压力和温度的变化,采用有限差分法对Reynolds方程、能量方程、热传导方程及其他控制方程组成的耦合数学模型进行了数值计算;在相同的几何与环境参数下,通过PHS-MS与传统锥形(锥角β)流体静压型机械端面密封(CHS-MS)密封性能对比,表明在同等开启力下,PHS-MS泄漏量更小,提高了小型水下航行器运行的安全性及航程;研究了几何参数对PHS-MS密封性能的影响规律,获得了最优几何参数。     

激光加工锥形凹腔非接触机械密封端面密封性能的数值分析

基于激光造型的实际形貌,建立了激光加工非接触机械密封端面密封性能的数学模型,确定了油膜控制方程及其边界条件。采用多重网格法求解无量纲化后的雷诺方程,对静环上均匀分布的锥形凹腔的形貌进行优化。结果表明：膜厚越小凹腔半径对压力的影响越显著,并且随着凹腔半径的增大,压力呈上升趋势;随着凹腔深度的增加,无量纲压力增大,但随着深度的进一步增加,压力趋于稳定;均匀分布在静环表面的锥形凹腔在静压效应不明显的情况下,可产生明显的动压效应。     

不同激光表面造型机械密封环的性能试验研究

将2种典型表面造型机械密封环,即微凹腔造型和腔与槽结合造型的密封环,与未造型密封环进行了密封和摩擦性能的对比试验。试验结果表明2种造型的机械密封与未造型的相比具有明显优越性能:凹腔机械密封在一定工况范围内无泄漏,且具有相对于未造型良好的摩擦性能;槽腔结合机械密封在整个过程中均无泄漏,其摩擦系数远小于未造型的。凹腔机械密封也存在一些缺点:在介质压力较小工况下试验时泄漏较大;在介质压力大而转速小时摩擦扭矩较大。分析表明:凹腔环的凹腔造型在端面载荷较大,存在轴向振动的情况下会增大摩擦系数;槽腔结合环的泵送槽能够容纳液体,具有润滑和缓冲振动的作用。