螺旋槽干气密封端面非平行间隙压力分布的近似解析计算

为了研究变形后螺旋槽干气密封的气膜压力分布情况,基于MUIJDERMAN的螺旋槽窄槽理论,给出了螺旋槽干气密封端面非平行间隙气膜力的1种近似解析计算方法,并结合具体算例,与平行间隙情况进行了对比.结果表明,与平行间隙情况相比,在密封面的区域内存在某一半径R处,变形前后的气膜压力保持不变.当密封端面间形成发散型("A字形")间隙时,在r小于R区域,气膜压力降低,而在r大于R区域,气膜压力增大.随着偏转角θ的增大,最小膜厚减小,泄漏量增大;当形成收敛型("V字形")间隙时,在r小于R区域,气膜压力增大,而在r大于R区域,气膜压力降低.随着偏转角θ的增大,最小膜厚和泄漏量均先减小而后增大.

三维平行微间隙流场数值模拟

为了研究上游泵送机械密封微间隙流体动压效应,将螺旋槽端面微间隙简化为三维直槽端面平行微间隙以排除泵送效应的影响.据此,建立了平底槽、渐扩台阶槽和渐缩台阶槽的平行微间隙液膜几何模型和计算模型,分别在槽板移动和平板移动的情况下针对不同移动速度和不同槽深进行流场数值模拟和开启力计算研究.研究表明:在文中研究参数范围内,无论是平底槽还是台阶槽,液膜收敛区出现高压,液膜发散区出现低压;液膜空化前,无论是槽板移动还是平板移动,平底槽微间隙开启力大小与平移速度、槽深、板间隙大小无关;液膜空化后,平底槽和台阶槽液膜开启力均随平移速度的增大或板间隙的减小而明显增大,但在同等条件下,槽板平移产生的开启力大于平板平移,且槽板平移时加大槽深能增大开启力,渐扩台阶槽平行微间隙能产生更大的开启力.

活塞杆密封的流体润滑分析

针对活塞杆密封平行间隙建立了活塞杆密封的流体润滑模型。设密封静止表面绝热,而运动表面保持常温,研究了热效应对密封件流体润滑的影响。考虑密封粗糙表面对流体压力的影响,讨论了相对滑动速度、粗糙峰幅值和波长的影响,并与光滑表面进行了比较。结果表明,光滑密封平行间隙只有考虑热效应且相对滑动速度足够大才能形成动压油膜;粗糙密封表面的动压油膜取决于热效应和微观粗糙度引起的几何楔效应的联合作用。粗糙峰幅值越大,波长越长,相对滑动速度越大,动压效应越明显。

基于边界效应和非牛顿效应的活塞杆密封润滑分析

针对活塞杆密封平行间隙建立了适用于活塞杆密封的热流体润滑模型。以活塞杆内行程为例,研究了液压润滑剂的边界效应和非牛顿效应对密封件流体润滑模型油膜压力分布的影响,并与不考虑边界效应的牛顿流体润滑模型的油膜压力分布进行了比较。结果表明:对于活塞杆往复密封,在研究的工况范围内,边界效应和非牛顿效应对油膜压力分布都有一定的影响。相对滑动速度较高、油膜厚度较薄时边界效应对油膜压力分布的影响较大;特征剪应力较小时非牛顿效应较明显。