接触式机械密封孔隙率及密封间隙研究

於秋萍，孙见君，马晨波

（南京林业大学 机械电子工程学院，南京 210037）

0 引言

机械密封失效最主要和最直观的表现是在给定的工作条件下，提前出现泄漏超标的现象，而泄漏是由界面间的泄漏微通道和流体的流动阻力决定的，因此前人展开了大量关于泄漏微通道[1-3]和微通道内流体流动[4-6]的研究。其中，存在泄漏微通道是产生泄漏的前提，而泄漏微通道构成与否取决于密封界面的孔隙率；另一方面，孔隙率也影响着界面间的孔隙分布，从而影响着流体的流动。因此，孔隙率对密封界面的泄漏特性研究具有重要意义。

关于粗糙表面的接触，目前主要有2种分析方法：（1）按照双粗糙表面进行弹塑性变形分析，研究两表面的接触力、接触刚度、摩擦热等[7-9]；（2）将两粗糙表面的接触简化为一粗糙表面与一刚性光滑平面的接触，从而进行接触力、接触面积、接触压力分布等[10-12]研究。然而，这2种方法的适用场合却没有明确地给出界定，也没有具体针对接触式机械密封进行研究。

本文针对接触式机械密封，求解了密封面的逾渗阈值，分析了表面的接触状态，利用MATLAB计算出了两粗糙表面接触时的密封间隙高度比和孔隙率，并分析了表面形貌对它们的影响，旨在为机械密封界面泄漏机理研究和接触力学分析提供新思路。

1 密封界面孔隙率及接触状态

1.1 孔隙率

对于接触式机械密封而言，若两密封表面均十分光滑，则两表面间的接触属于完全接触，密封界面不存在泄漏通道；……