分析圆弧槽机械密封的结构特点及性能

   圆弧槽机械密封是密封端面上开有圆弧形循环槽的一类机械密封，如图所示。本文主要讲解了圆弧槽机械密封的结构特点及性能，揭示其密封机理与动压形成机制。
   (a) 单弧形　(b) 外压圆环形　(c) 内压圆环形
   在国外，Mayer对圆弧槽机械密封进行了大量的研究，认为其密封机理是热效应和流体动压效应的耦合。1967年，前苏联的Golubiev首次提出热流体动压密封的完整理论分析模型和方法。1969 年，Lymer 建立了该类槽型机械密封的简单计算模型，提出了该类密封性能参数的近似计算方法。1981 年，日本学者大場宽二，清水忠之通过实验验证了圆弧槽机械密封良好的动压性能。1994 年，Tournerie 等利用有限元法，计算了端面开弧形槽机械密封的性能。1997年，Person 等采用数值方法研究了该类机械密封的稳态动力学特性，指出圆弧槽可以增加端面间的静压力，降低密封环对动压波动敏感性，有利于密封的稳定操作。1999 年，Lai 对各种槽型的非接触式端面密封进行了论述。其中表面深槽热流体动压非接触式机械密封，槽型有密封环靠近外圈端面开设半圆形、矩形、月牙形、三角形、菱形及其复合型槽形等。2005 年，Papatheodorou研究表明适当增加槽数可提高圆弧槽液膜承载能力。2006 年，Reddyhoff 等进一步对圆弧槽的槽数和槽深进行优化设计。
   在国内，1986年，关雅贤等对圆弧槽机械密封进行了实验研究。自1996年，杨惠霞针对该类密封进行了深入的理论研究，提出了圆弧槽热流体动压机械密封数值计算方法，并据此分析了该类密封的稳态性能。为了便于工程设计，彭旭东等于1997 年提出了圆弧槽机械密封性能参数的近似计算方法，可以近似计算端面膜压系数和端面温度等性能参数。自1998 年起，通过有限元分析圆弧槽结构变形及温度场的研究报道较多，较全面的分析了稳态工况下圆弧槽几何结构参数对密封性能参数的影响。
   圆弧槽非接触密封属于深槽热流体动压机械密封，弥补了普通浅槽非接触密封不能胜任的低速高压、高温及大尺寸场合。同时，由于圆弧槽能吸附液体，使密封环外缘得到良好的冷却，还具有排除杂质的能力并且和转向无关，因而端面开圆弧槽的机械密封其性能较好，上海宁鸿电气控制器的专家认为很适合用来密封低粘度、高参数的介质例如高温高压水。与此同时，尽管圆弧槽机械密封可以很好地改善密封端面间的润滑情况，以适用于高参数的工况，但它的流体回流效果不佳，始终存在高压侧向低压侧的泄漏。
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