Page 35 - 摩擦学学报2025年第5期

第 5 期 郭俊德, 等: 考虑动环受热变形的机械密封润滑性能分析 669

Temperature/℃ Total deformation/mm
600 Max 0.174 370 Max
535.56 0.155 000
471.11 0.135 620
406.67 0.116 250
342.22 0.096 873
277.78 0.077 498
213.33 0.058 124
148.89 0.038 749 Max
84.44 Max 0.019 375
20 Min 0 Min
Y Y
0 30 60 mm Z 0 30 60 mm Z
X X
(a) Temperature distribution of the moving ring (a) Thermal deformation of the moving ring

Total deforration/mm
0.190 810 Max
0.169 610
0.148 410
0.127 210
0.106 010
0.084 805
0.063 604
0.042 402
0.021 201
0 Min
Max
0 30 60 mm Z X

Y
(c) Thermal deformation of the moving ring in the radial direction
Fig. 7 Thermal deformation of the rotating ring of the spiral groove mechanical seal
图 7 螺旋槽机械密封动环的热变形

密封动环径向方向热变形. 0.16
由图7(a)和(b)中的温度分布及热变形可以看出动 0.14
环内侧因接触密封介质温度较低，整体变形量较小， 0.12
动环在外侧高温燃气的作用下，产生了0.17 μm的热 0.10
应力变形，由图7(c)可以看出端面外径端变化明显，朝 Amount of radial deformation, X/mm 0.08
内径端依次降低. 温度由600 ℃逐渐增加到700 ℃，在 0.06 Temperature
600 ℃
0.04
动环密封端面径向选取部分关键点并绘制成图，如图8 0.02 650 ℃
所示. 根据图8可以看出动环端面径向变形量都向其 0.00 700 ℃
48
46
44
42
两侧增大，这与端面温度的分布密切相关. 靠近动环 40 End face diameter, D/mm 50
外径端的区域温度高，内应力大，从而热变形较大.
Fig. 8 Radial deformation of the end face of the sealing ring

2.3 机械密封动环表面螺旋槽变形量的量化 图 8 密封环端面径向变形
本文中关注的是由于机械密封动环热变形所导致
的动环表面螺旋槽的变形，为了对螺旋槽变形进行较 (2) 槽宽方面变形的量化
准确的分析，需要对其变形进行量化，因此本文中从槽深、 螺旋槽机械密封在槽宽方面的变形如图10所示，
槽宽和螺旋角3个结构参数的量化来进行相关的分析. 其中10(a)中表示变形前的槽宽b，图10(b)中表示槽宽
(1) 槽深方面变形的量化 的变形量 ∆b，于是可得变形后槽宽数值为
螺旋槽机械密封在设计槽型时主要对槽区轮廓线 B = b+∆b (4)
和槽深两方面进行设计，变形前的槽深h如图9(a)所示，
(3) 螺旋角方面变形的量化
槽深变形量如图9(b)所示，于是可得变形后槽深数值为
螺旋槽的槽台边界曲线为对数螺旋线，其参数方
H = h+∆h (3) 程如式(1)所示. 其中螺旋角为螺旋线的切线与动环圆