基于流固耦合的接觸式機械密封端面泄漏率的研究

張 鵬，李雙喜，王 梁，蔡紀寧

（北京化工大學，北京 100029）

1 前言

準確地計算機械密封端面泄漏率，并分析其影響因素是研究釜用機械密封失效機理的關鍵。采用經驗公式計算接觸式機械密封端面泄漏率沒有考慮密封端面變形，存在較大的誤差［1］。

目前，考慮密封端面變形并對密封端面間隙和泄漏率進行數值計算方面，已經得到了一些成果。采用數值計算的方法，可以優化密封設計，預測機械密封的性能［2～10］。張緒猛等建立了考慮機械密封端面粗糙度及其摩擦生熱作用的數學模型，計算結果表明密封端面液膜厚度由內 向外逐漸變大［11］。楊惠霞等提出的混合摩擦機械密封模型，可以預計同時考慮表面粗糙度、周向波度和徑向錐度等作用的密封特性［12］。孫見君等得到了密封端面形貌變化與機械密封泄漏率之間的關系，以及泄漏率與時間的關系［13］。

本文在前人研究的基礎上，提出考慮密封環端面受力變形影響的接觸式機械密封端面泄漏率數值計算模型，并利用ANSYS和MATLAB軟件對密封端面泄漏率進行流固耦合數值求解。

2 密封端面泄漏率數值計算模型

2.1 考慮粗糙度的密封端面流體計算模型

接觸式機械密封在使用過程中，其密封端面微凸體接觸狀態如圖1所示。

圖1 密封端面微凸體接觸狀態

引入無量綱參數壓差流量因子φr，得到考慮密封環表面粗糙度影響密封端面流體流 動雷諾方程［14］：

式中 r ——密封端面任意處的半徑，mm

h ——密封端面間隙，mm

p ——密封端面任……