Page 11 - 摩擦学学报2025年第8期

第 8 期 侯正烜, 等: 涡轮泵动静压机械密封端面液氧相变特性研究 1109

12 2.0 MPa-PC 2.0 MPa-RE
2.5 MPa-PC 2.5 MPa-RE 0.000 8
11 3.0 MPa-PC 3.0 MPa-RE
10 0.000 6
F o /kN 9 f 0.000 4 2.0 MPa-PC

8 2.5 MPa-PC
3.0 MPa-PC
0.000 2 2.0 MPa-RE
7 2.5 MPa-RE
3.0 MPa-RE
6 0.000 0
120 125 130 135 140 120 125 130 135 140
T/K T/K
(a) F o -T (b) f-T

0.03
0.03
0.02 0.02
Q up /(kg/s) 0.01 2.0 MPa-PC Q/(kg/s) 2.0 MPa-PC 2.0 MPa-RE
2.5 MPa-PC
3.0 MPa-PC
2.0 MPa-RE 0.01 2.5 MPa-PC 2.5 MPa-RE
3.0 MPa-PC
3.0 MPa-RE
2.5 MPa-RE
0.00 3.0 MPa-RE 0.00
120 125 130 135 140 120 125 130 135 140
T/K T/K
(c) Q up -T (d) Q-T
Fig. 8 Effect of temperature on sealing performance at different pressures
图 8 不同介质压力下温度对密封性能的影响

最终全部气化，而介质压力较大时(p >2.5 MPa)，流体 如图9(a)所示，RE模型下开启力随着温度的增大线性
o
膜产生相变但未全部气化，因此开启力呈现不同的变 减小，且膜厚越大开启力越低. 而相变模型下，当膜厚
化规律. 图8(b)所示为摩擦系数随温度的变化规律，不 较大时(h =5、6、7 μm)，开启力随温度的升高而增大，
c
考虑相变时摩擦系数均随着温度的升高而降低，而相 在膜厚较小时(h =4 μm)，开启力随着温度的升高而降
c
变模型在介质压力较小时，由于流体介质不断汽化， 低，总体而言，膜厚越小开启力越大，这是因为温度升
端面压力减小，摩擦系数降低，直至流体介质全部汽 高导致相变程度加剧，下游侧流体的静压作用增强，
化导致摩擦系数趋于稳定. 图8(c)所示为不同密封压 密封间隙增大，螺旋槽的流体动压效应减小. 在大密
力下上游泵送率随温度的变化规律，不考虑相变时上 封间隙下，随温度的升高螺旋槽流体动压效应减小程
游泵送率均随着温度的升高而降低，而相变模型在不 度相对较弱，静压增大程度相对较强，从而开启力增
同介质压力下，随着温度升高开始产生相变后，泵送 大；在小密封间隙下，随温度的升高，螺旋槽流体动压
率急剧降低. 这是因为螺旋槽内介质汽化后，其上游 效应减小程度相对较大，汽化产生的静压增大程度相

泵送能力降低导致的. 如图8(d)所示，考虑相变时随着 对较小，因而开启力减小. 图9(b)所示，在不同间隙下
温度的升高，泄漏率在介质发生相变后有微弱的波 摩擦系数均随着温度的升高而线性减小，密封间隙越
动，但整体数值变化不大. RE模型下泄漏率均随着温 大，摩擦系数越小. 图9(c)所示为2种模型在不同膜厚
度的升高而增大，且压力越大泄漏率也越大. 这是因 下上游泵送率随温度的变化规律，上游泵送率均随着
为流体黏度降低，端面压差增大导致泄漏率增大. 温度的升高而降低，且膜厚越大泵送率越大，相较于

2.2.3 不同密封间隙下温度的影响 RE模型，相变模型的泵送率略低，膜厚越大，2种模型
密封间隙由机械密封的闭合力决定，是机械密封 的泵送率相差越大. 如图9(d)所示，在不同的膜厚下，
设计的关键参数之一. 图9所示为动静压机械密封在 考虑相变时的泄漏率随着温度的升高变化并不明显，
不同密封间隙(h )下各密封性能随温度的变化规律. 而非相变模型下泄漏率随温度的升高不断增大.
c