基于流固耦合的旋轉軸唇型油封流場特性及泵汲率研究

溫智煒，閆素英，蘇世良，李霽舟

（1.武漢理工大學 能源與動力工程學院，武漢 430063；2.內蒙古工業大學 能源與動力工程學院，呼和浩特 010051）

0 引言

橡膠旋轉軸唇型油封廣泛應用在工業界相關機械設備上，具有防止潤滑流體泄漏及排除污染物的功能［1-2］。在油封唇部加入回油溝設計能大幅增加油封唇部的密封性能，把密封流體送回油側而不致漏油。評價一個密封件的密封性能主要有2個方面：泵汲率與生熱量。泵汲率越大，生熱量越小，則密封件的密封性能越好，影響油封性能的因素較多，但最終的因素可以歸結為密封件密封區域接觸壓力的分布，因此，合理的壓力及流場分布對密封件的密封至關重要［3-5］。僅通過試驗判斷油封的設計是否合理，是一種成本較高且效率低的方法，而通過數值仿真可為試驗提供方向，減少試驗次數以及試錯成本［6-7］。

相關學者也對其進行了一系列研究，包括抱軸力唇口變形對油封生熱和泵汲率的影響、材料模型對油封唇口接觸參數的有限元分析以及混合潤滑數值模型的油封結構優化等［8-11］。而本文通過試驗與數值仿真相結合的方法，構建基于流固耦合的旋轉軸唇型油封，對其進行流場、唇部應力、變形及其影響因素分析，以期為橡膠旋轉軸唇型密封的設計與優化提供理論依據。

1 唇形密封結構與數值模型

具有回油溝的唇形密封結構如圖1所示，主要由橡膠本體、金屬環、拉伸彈簧組成，其中金屬環為油封的骨架，可增加油封的剛性，油封唇部接觸軸部位的壓力按照幾何角度形狀分布，拉伸彈簧提供油封唇部一定的預緊力，并依據軸的轉速及軸的偏心選擇。……