Page 36 - 摩擦学学报2025年第5期

670 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

δ 12
y
h
α 1
Δh α 2
δ 11
(a) Before deformation (b) After deformation
Δθ
Fig. 9 Schematic diagram of groove depth deformation
quantification
图 9 槽深变形量化示意图
o x

Fig. 11 Schematic diagram of helix angle deformation
图 11 螺旋角变形示意图

b Δb ln r
r g +δ 11
∆α = arctan (6)
(a) Before deformation (b) After deformation θ +∆θ
Fig. 10 Schematic diagram of groove width deformation θ g
B = πr g (7)
quantification 180
图 10 槽宽变形量化示意图 将动环半径变形量带入上式可计算得到螺旋角
变形量为0°~1.5°，槽宽变形量为0~3 μm，根据动环仿
柱面母线所夹的锐角，图11所示为螺旋角变形后的量 真结果可得到螺旋槽槽深变形量为0~3 μm.

化模型. 2.4 考虑螺旋槽变形的动压机械密封性能计算模型
产生槽型外轮廓线上的变形δ 和δ ，δ 对应槽底 机械密封的润滑性能参数主要包括润滑膜厚度h、
l1
l1
l2
圆半径r 可由(1)式表示，同时由于热变形使槽型轮廓 开启力F和泄漏量Q等，其中，润滑膜厚度h是指在机
g
线的极位夹角发生改变，将极位夹角的改变量表示为 ∆θ. 械密封运行时密封液体在动环和静环之间形成动压
将Δθ和δ 代入式(1)可得螺旋角热变形Δα的变 效应后的间隙，其中动环端面的外螺旋槽如图14所
l1
示，其中 θ g 为螺旋槽对应的角度，θ 为台区对应的角
化，螺旋角热变形量Δα可由(5)式表示. l
度；泄漏量是指在单位时间内流出密封装置的总量；
r = (r g +δ 11 )e (θ+∆θ)tan∆α (5)
开启力是指当螺旋槽机械密封升速到一定程度时，动
通过有限元仿真计算，动环的变形如图12所示， 环和静环表面产生了动压效应，该力可使动环和静环
变形前动环的内径为40 mm，外径为50 mm，变形后的 之间形成未接触的密封间隙.
动环内径为40.01 mm，外径为50.16 mm，螺旋槽变化 用于进行分析的雷诺方程极坐标形式如式(8)所示.
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3
的示意图如图13所示. ∂ Å ρrh ∂p ã ∂ Å ρh ∂p ã ωr ∂(ρh)
+ = +ρrV (8)
根据式(6)可得螺旋角变形量与动环半径的关系： ∂r 12µ ∂r ∂θ 12µr ∂θ 2 ∂θ

Total deformation/mm Directional deformation/mm
0.160 360 Max 0.129 360 Max
0.142 550 0.114 730
0.124 730 0.100 100
0.106 910 0.085 470
0.089 091 0.070 841
0.071 273 0.056 212
0.053 455 0.041 582
0.035 637 0.026 953
0.017 818 0.012 324
0 Min −0.002 305 Min
0.0 17.5 35.0 52.5 70.0 mm 0 20 40 60 80 mm
(a) Total deformation (b) Directional deformation
Fig. 12 Overall thermal deformation of rotating ring
图 12 动环总体热变形