菱形孔织构端面密封3D流/固耦合模型变形及密封性能研究

程香平，张友亮，康林萍

（江西省科学院 应用物理研究所，南昌 330095）

0 引言

在机械密封运转过程中，端面变形、液膜属性、密封间隙及温度等均能相互影响，导致液膜或热弹性失稳、热裂等现象，使端面磨损及腐蚀加剧，进而失效［1］。经过各国学者研究得知，变形可使端面产生较大局部应力和锥度倾斜，导致泄漏增大，磨损加剧，会对密封效果和寿命产生较大影响［2］。BAHETI等［3］通过理论计算得出高压密封环在考虑变形时比不考虑变形的液膜刚度要大，尤其是在高压状态时，端面变形使液膜的动态稳定性和密封可靠性增强。RUAN［4］采用修正后的控制方程，通过迭代计算对端面形貌、变形、摩擦热与膜厚间的相互影响进行分析，得出了适合机械密封的流体润滑模型，并进行模拟求解。CHENG等［5-6］研究了静压差引起密封环扭转变形及端面局部变形的情况，指出环变形会显著改变端面织构形貌，将形成收敛间隙，且端面变形对膜厚和密封性能的影响要大于密封环扭转变形。DJAMAI等［7］对圆弧槽织构的端面密封构建THD模型，考虑液膜空化、端面变形与热力传导的影响并对控制方程及能量方程进行离散求解。DOUST等［8］利用边界元法构建机械结构模型并编写变形程序进行模拟计算。将试验与计算结果进行对比，发现二者比较接近。BRUNETIERE等［9-10］结合液膜流态的变动，采用有限元和影响因子法求解雷诺方程，得出密封环的力变形和热变形规律，研究工况参数、几何参数对膜厚及温度场的影响情况，以及各种载荷和周向波度对端面变形的影响规律。……