以內(nèi)圓弧槽流體動壓型機械密封為研究對象，建立了動靜環(huán)端面間液膜的三維模型，運用計算流體動力學理論和有限體積法對端面間液膜的流場特性和裝置的密封性能進行了模擬和數(shù)值分析。對處于不同工況、不同密封介質(zhì)條件下的液膜流場，得到了其壓力、泄漏量、開啟力和摩擦扭矩的變化規(guī)律及相互影響關(guān)系。結(jié)果表明: 圓弧槽能夠產(chǎn)生明顯的動壓效應，動壓效應的大小與動環(huán)轉(zhuǎn)速呈正比；液膜的壓力沿徑向由內(nèi)徑到外徑逐次降低；泄露量的大小隨動環(huán)轉(zhuǎn)速或介質(zhì)壓力的增大而增大；開啟力的大小與動環(huán)端面的總壓力具有相似的變化規(guī)律。

　　1、前言

　　流體動壓式機械密封是一種非接觸式機械密封，可實現(xiàn)被密封介質(zhì)的零泄漏甚至零逸出，具有使用壽命長、密封可靠性高、運營維護費用低、經(jīng)濟效應高等優(yōu)勢，已在國內(nèi)外各種旋轉(zhuǎn)流體機械上推廣應用。內(nèi)圓弧槽機械密封屬于外流式機械密封，采用外裝時適用于強腐蝕、高粘度、易結(jié)晶介質(zhì)，但其泄露方向與離心力方向相同，泄露量較大，因此有必要對其進行研究。

　　圓弧槽機械密封作為一種流體動壓式機械密封，國內(nèi)外學者對其做了大量的研究。Mayer 對這類密封進行了大量的研究和介紹，從密封機理上認為其是熱流體動壓型機械密封，即熱效應和流體動壓效應耦合的機械密封。1986 年，關(guān)雅賢、李松虎對圓弧槽機械密封進行了試驗研究。1994 年，Tournerie 等利用有限元法，計算了端面開槽機械密封的性能，其中包含了端面開弧形槽的機械密封。1997 年，Person等用數(shù)值方法研究了該類機械密封的穩(wěn)態(tài)動力學特性，結(jié)果表明圓弧槽的主要作用是增加了端面間的靜壓力，使得密封環(huán)對動壓波動敏感性降低，有利于密封的穩(wěn)定操作。

　　為了便于工程設計，彭旭東等于1997 年提出了對該類圓弧槽機械密封性能參數(shù)進行了近似計算的方法，可以近似計算端面膜壓系數(shù)和端面溫度等性能參數(shù)。2009 年，于明彬以核主泵用圓弧槽流體動壓機械密封為研究對象，應用有限元法分析了穩(wěn)態(tài)工況下圓弧槽幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)對密封性能參數(shù)的影響，以在較高液膜剛度條件下獲得較低泄漏量為幾何參數(shù)的優(yōu)化準則，得到了密封具有優(yōu)良綜合性能的幾何參數(shù)優(yōu)選范圍。

　　對于外圓弧槽機械密封國內(nèi)外學者做了很多研究，而內(nèi)圓弧槽機械密封相對較少。本文建立內(nèi)圓弧槽機械密封環(huán)端面間液膜的三維模型，對其進行數(shù)值模擬分析，以期得到在不同工況、不同介質(zhì)參數(shù)下，其密封開啟力、泄漏量和摩擦扭矩等密封性能參數(shù)的變化規(guī)律。

　　4、結(jié)論

　　(1) 液膜的壓力沿徑向由內(nèi)徑到外徑逐次降低，其中內(nèi)徑與密封腔介質(zhì)相接觸，壓力最大，液膜外徑處與空氣接觸，壓力最小；

　　(2) 圓弧槽位于內(nèi)徑處，從密封腔內(nèi)泵入壓力比較高的液體，擴大了密封環(huán)端面間內(nèi)徑處的高壓區(qū)，在外徑壓力不變的情況下，形成了收斂型間隙，從而降低了泄露量。對于整個圓弧槽，在兩個槽口處壓力最高，槽底的壓力最底；

　　(3) 圓弧槽能夠產(chǎn)生明顯的動壓效應，動壓效應的大小與動環(huán)轉(zhuǎn)速呈正比；泄露量的大小隨動環(huán)轉(zhuǎn)速或介質(zhì)壓力的增大而增大；開啟力的大小與動環(huán)端面的總壓力具有相似的變化規(guī)律。