Page 71 - 《摩擦学学报》2020年第3期

第 3 期 秦自臻, 等: PEEK旋转密封环密封性能仿真和试验研究 337

5 5
test, 0.5 MPa Simulation, 0.5 MPa
test, 1.0 MPa Simulation, 1.0 MPa
Simulation, 1.5 MPa
test, 1.5 MPa
Friction torque/(N·m) 4 3 2 Friction torque/(N·m) 4 3 2

test, 0.5 MPa
1
Simulation, 1.0 MPa
test, 1.0 MPa Simulation, 0.5 MPa 1
test, 1.5 MPa Simulation, 1.5 MPa
0 0
500 1 000 1 500 2 000 500 1 000 1 500 2 000
Rotational speed/(r/min) Rotational speed/(r/min)
(a) Untextured ring (b) V-shape grooved ring

Fig. 10 Comparison between experimental and simulated results of friction torque (T=65 ℃)
图 10 摩擦转矩的试验和仿真结果对比(油温65 ℃)

0.8 0.8
test, 0.5 MPa Simulation, 0.5 MPa test, 0.5 MPa Simulation, 0.5 MPa
test, 1.0 MPa Simulation, 1.0 MPa test, 1.0 MPa Simulation, 1.0 MPa
test, 1.5 MPa Simulation, 1.5 MPa test, 1.5 MPa Simulation, 1.5 MPa
0.6 0.6
Leak rate/(L/min) 0.4 Leak rate/(L/min) 0.4

0.2
0.2

0 0
500 1 000 1 500 2 000 500 1 000 1 500 2 000
Rotational speed/(r/min) Rotational speed/(r/min)

Fig. 11 Comparison between experimental and simulated results of leak rate (at 65 ℃)
图 11 漏率的仿真和试验结果对比(65 ℃)

与试验结果的变化趋势相同，但数值上普遍小于试验 的固体接触力，从而减小摩擦转矩. 但V形槽的存在相
结果，其主要原因有两个：①流固耦合模型中没有考 当于在局部减小了密封端面的径向宽度，提高径向压
虑密封环切口处的泄漏，而实际上密封环切口存在额 力梯度，从而增大了漏率. 因此，在漏率允许的情况
外的泄漏量；②实际工况下，由于零件加工装配误差、 下，在密封面上开V形槽能有效降低摩擦转矩，减小传
装置的振动等因素，会导致密封面油膜厚度的不稳 动功率损耗.
定，从而导致试验测得漏率大于数值计算得到的漏率. c. 在相同介质压力下，两种环摩擦转矩随着转速

4 结论 增大呈上升趋势，随温度升高呈下降趋势，这是由于
增大转速提高了油液剪切力，而温度升高降低油液黏
a. 基于有限元软件COMSOL，建立了胀圈旋转密 性，减小流体剪切力. 另外，在相同温度下，漏率主要
封流固耦合模型. 仿真结果表明密封环在载荷下发生 受密封介质压力影响，随主轴转速变化不敏感.
了复杂变形，导致密封面固体接触力和流体压力分布
参 考 文 献
的不均匀. 摩擦转矩和漏率的计算结果能定性预测试
验结果，为胀圈密封环密封性能的预测提供了有效 [ 1 ] Peng Shiyi. Rotary seal device[M]. Beijing: National Defense
Industry Press, 1976: 66-81(in Chinese) [彭拾义. 旋转密封装置
方法.
[M]. 北京: 国防工业出版社, 1976: 66-81].
b. 以无槽环和V形槽环两种PEEK胀圈型密封环
[ 2 ] Liu Yanmei, Sun Yang, Song Hongda. Study of seal ring of turbojet
为试验对象，进行了摩擦转矩和漏率的测试. 结果表
engine[J]. Journal of Propulsion Technology, 1999, 20(6): 45 –47
明，V形槽环在不同工况下的摩擦转矩低于无槽环约
(in Chinese) [刘艳梅, 孙扬, 宋鸿达. 某涡喷发动机密封环研制[J].
40%，但漏率偏大10%左右. 这是因为在V形槽处，流 推 进 技 术 , 1999, 20(6): 45 –47]. doi: 10.3321/j.issn:1001-
体静压直接作用，起到了平衡载荷的作用，减小了总 4055.1999.06.011.