Page 61 - 摩擦学学报2025年第5期

第 5 期 胡琼, 等: 复杂工况下槽底超滑移设计对液膜密封性能的影响 695

但超滑移条件下的空化率远小于无滑移条件(在294 K 是由于温度的升高使得介质黏度降低，导致流体动压
时减少约80%)，且在介质温度较低时降低幅度更大. 效应减弱，致使开启力呈降低趋势. 在图8(c)中，2种条
发生该现象的可能原因是，对于无滑移条件，在密封 件下的Q随初始介质温度的增加而减小，这是因为介
副启动后，液膜温度逐渐升高，同时介质黏度降低，当 质温度的升高导致介质黏度降低，α降低，螺旋槽的泵
温度与黏度达到动态平衡时，液膜空化率保持稳定； 送效应增强，即由低压侧到高压侧的泵送率增大，因
而对于超滑移条件，由于流-固界面黏性剪切力大幅 此Q减少. 介质初始温度的变化对无滑移条件下的泄
减小，致使摩擦生热减少，液膜温升幅度减小，使得黏 漏率影响甚微，而对超滑移时的泄漏率影响较为显
度变化减缓，所以在启动不久的一小段时间内，整个 著，且温度越高，泄漏率越小. 这是因为在无滑移条件
温度和黏度的变化过程较无滑移条件缓慢，表现为 下，流体在间隙中的流动性较差，使得流体动压泵送
α曲线的斜率较小；而且在介质温度较低时，水的黏度 效果较弱，此时主要表现为微流道摩擦阻塞抑漏，而
随摩擦热升高快速降低，使得槽区剪切阻力很小的流 在超滑移条件下，流体动压效应因介质温度的升高而
体的流动进一步加快，致使局部压力快速升高，空化发 增强，从而形成更显著的反向泵送抑漏效果.由图8(d)
生难度增大，最终导致α随温度的升高而降低. 从图8(b) 可知，对于2种滑移条件，T总体呈上升趋势，且随着介
可以看出，2种滑移条件下的F 在密封启动后的一小 质温度的升高，两者达到稳定的时间均延长，而相较
o
段时间内几乎相同，但随着温度的增大其差值逐渐增 于无滑移条件，当初始介质温度为294 K时，超滑移条
大后趋于定值，同时展开差距的时间明显增长；超滑 件下T达到稳定的时间明显减小，而且温度值降低4.5 K，
移条件下F 达到稳定运行的时间略低于无滑移条件， 但随着初始介质温度的升高，温度降低幅度减小.
o

但随着初始介质温度的增大，二者最终会同时达到 3.2.2 介质压力的影响
稳定. 在温度为294 K时，超滑移条件下的最大开启力 在转速和介质温度分别为6 000 r/min和300 K条
F omax 为1.55 kN，相较于无滑移条件提升约16.5%，但 件下，当介质压力为0.2~0.6 MPa时，液膜的α、F 、Q和
o
随着初始介质温度的增大，二者的最大差值减小. 这 T的计算结果如图9所示.

0.032 0.032 1.8
NS-0.2 MPa 0.016 1.7 NS-0.2 MPa SS-0.2 MPa
NS-0.4 MPa
SS-0.4 MPa
Cavitation volume fraction, α 0.016 SS-0.2 MPa 0.008 Opening force, F o /kN 1.5
NS-0.4 MPa 0.024
NS-0.6 MPa
SS-0.6 MPa
NS-0.6 MPa
1.6
0.024
SS-0.4 MPa
SS-0.6 MPa 0.000
1.4
0.000 0 0.000 2 0.000 4
1.3
0.008
1.2
0.000 1.1
1.0
0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010
Flowing time, t/s Flowing time, t/s
(a) Cavitation volume fraction (b) Opening force
0.40 NS-0.2 MPa SS-0.2 MPa 310
NS-0.4 MPa SS-0.4 MPa 309
NS-0.6 MPa
SS-0.6 MPa
Leakage rate, Q/(mL/h) 0.30 0.40 Groove region temperature, T/K 308 NS-0.2 MPa
0.35
NS-0.4 MPa
307
NS-0.6 MPa
SS-0.2 MPa
306
0.35
SS-0.4 MPa
0.30
0.25
0.25
0.20 305 SS-0.6 MPa
0.20 0.000 0 0.000 4 304
0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010
Flowing time, t/s Flowing time, t/s
(c) Leakage rate (d) Mean temperature of groove region
Fig. 9 Influences of different medium pressures on cavitation and sealing performance under two slip conditions
图 9 2种滑移条件下不同介质压力对空化及密封性能的影响