动静压机械密封的结构设计及端面槽型优化研究

针对液体火箭发动机机械密封的二次利用问题,为避免碰磨进行了动静压机械密封的结构设计及端面槽型优化研究。采用动压和静压联合工作的原理,设计了动静压机械密封结构,并对静环节流孔及动环动压槽进行了重点设计;基于流体力学方程求解了静环的开启力及泄漏量,通过课题组已有机械密封计算软件计算了动环的开启力及泄漏量等指标;针对外螺旋槽内人字槽的组合槽型,采用正交试验的方法对槽型进行了优化,选定了最优槽型方案,该槽型优化方案的开启力为8.2 kN,泄漏量为0.66 mL/s,在保证泄漏量的前提下可以获得更大的开启力。研究结果表明,采用动静压形式的机械密封在工作中可有效减少磨损,保证泄漏量较小,满足二次利用的要求。该研究成果也可为其他高速旋转机械的机械密封结构优化提供参考。

涡轮泵用动静压型机械密封性能数值分析

针对密封端面液氧的低动力黏度难以成膜的特性,提出一种动静压结合型机械端面密封。考虑节流孔的静压效应和液膜空化效应,建立了液膜的有限元分析模型,研究了动静压型机械密封的工作原理,分析了端面动静压结构几何参数对密封性能的影响规律。研究结果表明:动静压型机械密封的节流孔将静压效应引入密封端面,螺旋槽在提高液膜动压效应基础上将经节流孔流入的介质泵送回密封腔,提高了上游泵送量。在研究范围内,推荐的动静压结构几何参数的优选范围如下:螺旋槽槽台宽比为0.6~0.7、槽坝比为0.6~0.7、槽深为12~15μm、螺旋角为15°~18°,静压节流孔孔径为0.4~0.5 mm、节流孔个数为6~12个。