基于多楔現象的微孔端面機械密封泄漏率分析及孔形設計

陳胡煒，吉華，馮東林，李倩，陳志

（四川大學化學工程學院，四川成都610065）

引 言

在機械密封端面加工微孔，能夠減小摩擦和泄漏，提高液膜承載力[1-2]。微孔的形狀對密封性能有較大的影響，早期的研究主要集中在圓形微孔[3-6]，近年來，橢圓形、菱形、矩形、三角形等規則方向性微孔[7-12]以及一些非規則形狀的微孔[13-16]也得到了一定的研究。目前微孔形狀的設計多基于試錯法[7,17]和基于優化算法的設計法[13-16]，較少涉及密封機理。

對表面織構工作機理的理解是表面織構設計的基礎，為了能夠設計有效的表面織構，需要根據應用場合對表面織構的工作機理進行研究，利用機理來指導表面織構的設計[18-19]。因此，為了設計出能夠改善密封泄漏性能的微孔形狀，一些關于密封泄漏機理的研究得到了開展。彭旭東團隊[8,20]對橢圓形、菱形、矩形、等腰三角形等方向性微孔進行了研究，對方向性微孔的泄漏機理進行了解釋，認為反向泵送是方向性微孔減少密封泄漏率的主要原因，并將反向泵送的機理概括為“低壓區的吸收，方向性微孔的導流，高壓區的阻礙與釋放”。吉華等[21-22]對橢圓形微孔的回吸現象進行了研究，由于低壓區壓力低于密封間隙流體出口截面處壓力，形成的壓差產生了回吸現象，可以利用微孔的回吸現象來控制密封的泄漏率。張科等[23]利用橢圓沿速度方向的幾何收斂點建立了橢圓形微孔幾何特性與泄漏率的聯系，通過幾何收斂點可以近似確定高低壓區的分布，當高壓區靠近泄漏出口時，泄漏率大；……