考慮粗糙度影響的微凹坑織構化機械密封潤滑性能的數(shù)值模擬

曹宏濤，王 偉，紀敬虎,3

1 前言

微織構機械密封技術是在密封環(huán)端面制備具有規(guī)則分布和幾何形貌參數(shù)的微凹坑，微凹坑可以起到微動力潤滑軸承的作用，在密封端面間產(chǎn)生具有一定厚度和剛度的液膜，從而改善機械密封端面的潤滑狀況，提高承載能力和密封性能［1~4］。目前，針對微凹坑織構機械密封潤滑性能的研究一般忽略粗糙度的影響，假設端面為光滑表面［5~8］。然而，當潤滑膜的平均膜厚與表面粗糙度在同一數(shù)量級時，粗糙度對密封端面的潤滑性能的影響是不可忽略的［9］。為此，人們展開了粗糙度對微凹坑織構機械密封性能影響的研究。Qiu等通過引入流量因子的方法建立微凹坑織構粗糙機械密封端面流體動壓潤滑平均流量模型，研究了粗糙度對微凹坑織構潤滑性能的影響［10］。這種方法雖能在一定程度上反應粗糙度的影響，但并不能真實反應表面微觀性能對潤滑液膜壓力分布的影響，一直存在爭議［11］。

本文采用正弦粗糙峰表征粗糙表面，建立織構化粗糙機械密封端面流體動壓潤滑模型，利用多重網(wǎng)格法進行數(shù)值求解，研究粗糙度、微凹坑織構幾何參數(shù)對潤滑性能的影響。

2 數(shù)學模型

微凹坑織構化粗糙端面機械密封的物理模型如圖1和2所示。半徑和深度分別為rp和hp的球缺狀微凹坑均勻分布于密封端面，任意兩相鄰凹坑沿徑向和軸向的距離分別相等。由于密封環(huán)的內(nèi)外徑之比(rin/rout)一般大于0.7，忽略曲率的影響，因此具有……