LaserFace液体润滑端面密封数值模拟与型槽结构优化设计.pdf

《LaserFace液体润滑端面密封数值模拟与型槽结构优化设计.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《LaserFace液体润滑端面密封数值模拟与型槽结构优化设计.pdf（70页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、浙江T 业人学硕 二学位论文 L a s e r F a c e 液体润滑端面密封数值模拟与型槽结构优化设计 摘要 L a s e r F a c e 机械端面密封( L F M S ) 是密封制造商J o h nC r a n e 公司于2 0 世纪末发明的 新型端面密封，它不仅极大地改善了端面间的润滑效果，而且有效地控制了泄漏率，且 不需要额外的冷却系统，特别适合密封热水、液态烃和液氨等润滑效果差的易汽化介质。 但是到目前为止，J o h nC r a n e 公司仅以介绍L F M S 产品的优异性能为主，很少见到公开 发表的有关设计理论与方法。因此，开展相关理论研究十分必要。 首先，本

2、文基于液体润滑理论，考虑密封端面间润滑液膜的空化现象，建立了基于 质量守恒的L F M S _ 维数学分析模型，采用S U P G 有限单元法求解雷诺方程，计算出 最大液膜压力、端面开启力和泄漏率并与有关文献值进行了对比分析，验证了本文计算 方法的正确性，奠定了后续理论研究的基础。其次，分别以引流槽端面密封和回流槽端 面密封为几何研究对象，获得了两种密封的端面液膜J 玉力分布图及密度比分布图，研究 并提出了操作参数和几何结构参数对两种密封性能的影响规律，从理论上证明引流槽具 有将液体引入密封面的作用，回流槽具有回流泵送的能力，且得出了相应的密封性能规 律曲线。再其次，分析了引流槽和回流槽两种型

3、槽协同作用时( 即L F M S ) 的密封性能， 给出了组合型槽端面几何结构参数优选值范围。最后，提出了L F M S 的5 种不同槽底 变深结构形式，并对其密封性能进行分析比较，结果表明，尽管L F M S 的变深结构对 液膜压力分布影响较小，但加剧了液膜端面的空化程度，且与等深槽相比，变深结构形 式能够改善密封整体性能，尤其以收敛引流槽与变深回流槽相组合的组合型槽端面密封 的性能最佳。 本文的研究成果为L F M S 的深入研究提供了一定的理论基础，并且为其端面型槽 的设计方法提供了参考，具有重要的理论意义及工程指导意义。 关键词：机械密封，激光脸端面，空化，有限元，密封性能 浙江工业大

4、学硕士学位论文 N U M E R I C A LS I M U L A T I o NA N DG R o o V EO P T I M I Z A T I o N D E S I G NF O RAL A S E R F A C E L I Q U I D L U B R I C A T E DE N DF A C ES E A L A B S T R A C T AL a s e r F a c em e c h a n i c a lf a c es e a l ( L F M S ) w a si n v e n t e db yJ o h nC r a n e ，o n eo ft

5、 h em o s t f a m o u r ss e a l m a n u f a c t u r i n gc o m p a n i e si nt h ew o r l d ，w h i c hw a sr e g a r d e da sa na d v a n c e d s e a l i n gt e c h n o l o g yi nt h el a t eo f2 0 t hc e n t u r y T h et e c h n i q u eg r e a t l yi m p r o v e st h el u b r i c a t i o n e f f e

6、 c tb e t w e e nt h et w of a c e sa n de f f e c t i v e l yc o n t r o l l st h el e a k a g er a t e T h e r e f o r e ，i td o e s n t r e q u i r ea d d i t i o n a lc o o l i n gs y s t e ma n di ss p e c i a l l ys u i t a b l ef o rs e a l i n ge a s i l yv o l a t i l em e d i u m s u c ha

7、sh o tw a t e r , l i q u i da m m o n i a ，l i q u i dh y d r o c a r b o n B u tS Of a r , J o h nC r a n eC o m p a n yh a s o n l yi n t r o d u c e dt h ea d v a n t a g e so fL F - M Sp r o d u c t s T h et h e o r ya n dm e t h o do faL F M S d e s i g nh a sn o ty e tp r e s e n t e d T h u

8、si ti sn e c e s s a r yt oc a r r yo u tt h er e l a t e di n v e s t i g a t i o n s F i r s t l y , b a s e do nf l u i dl u b r i c a t i o nt h e o r ya n dt a k i n gc a v i t a t i o np h e n o m e n o ne x i s t i n gi n t h el u b r i c a t i o nf i l mi n t oc o n s i d e r a t i o n at w

9、o d i m e n s i o n a lm a t h e m a t i c a lm o d e lo faL F M S w a ss e tu pw i t hm a s sc o n s e r v a t i o n T or e s o l v et h en u m e r i c a lo s c i l l a t i o n p r o b l e mi n c a l c u l a t i o np r o c e s s ，t h eS U P Gf i n i t ee l e m e n tm e t h o dw a sa d o p t e dt os

10、 o l v eR e y n o l d se q u m i o n T h em a x i m u mf l u i df i l mp r e s s u r e ，o p e n i n gf o r c ea n dl e a k a g er a t ew e r ec a l c u l a t e d I no r d e rt o e n s u r et h ef e a s i b i l i t yo ft h ec a l c u l a t i o nm e t h o d ，n u m e r i c a lr e s u l t so ft h e s es

11、 e a l i n gp a r a m e t e r s w e r ec o m p a r e dw i t ht h ec o r r e s p o n g d i n g s e a l i n gp a r a m e t e r sp u b l i s h e di nt h er e l e v a n t l i t e r a t u r e s ，b yw h i c hf o u n d m i o nw a sl a i df o rt h ef u r t h e rs t u d y S e c o n d l y ，s t u d i e so fs e

12、 a l i n g b e h a v i o rw e r ec o m p l e t e df o ram e c h a n i c a lf a c es e a lo n l yw i t hi n l e tg r o o v e so rr e t u m g r o o v e s o n t oi t ss u r f a c e I n f l u e n c e so ns e a l i n gb e h a v i o rw e r es t u d i e do fo p e r m i n gp a r a m e t e r sa n d g e o m e

13、 t r i cp a r a m e t e r s L i q u i df i l mp r e s s u r ed i s t r i b u t i o na n dd e n s i t yr a t i od i s t r i b u t i o nw e r e o b t a i n e df o rt h et w ot y p e so fm e c h a n i c a lf a c es e a l s T h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ei n l e tg r o o v e s A B S T R A C T

14、i n t r o d u c et h es e a l e dl i q u i di n t ot h ef a c e sf r o mt h es e a lc h a m b e ra n dt h er e t u r ng r o o v e sr e t u r n i tb a c k T h ec o r r e s p o n d i n gs e a lp e r f o r m a n c ec u r v e sw e r eo b t a i n e d T h i r d l y , t h es e a l p e r f o r m a n c eo fa

15、L F M S ，w h i c hc o n s i s t so f b o t ht h ei n l e tg r o o v e sa n d t h er e t u r ng r o o v e so n t o i t ss u r f a c e s ，w a sa n a l y z e d T h eo p t i m i z e dg e o m e t r i cp a r a m e t e r so ft h eg r o o v e df a c e sw e r e g i v e n F i n a l l y , f i v en o n e q u a

16、ld e p t hg r o o v e f o r m so fL F M S sw e r ep r e s e n t e da n dt h e c o r r e s p o n d i n gs e a lp e r f o r m a n c ew a sc o m p a r e d T h er e s u l t ss h o w e dt h a tan o n e q u a ld e p t h g r o o v eL F M Sh a sl i t t l ev a r i e dl i q u i df i l mp r e s s u r ed i s t

17、r i b u t i o ne x c e p ta ne n l a r g e dc a v i t a t i o n z o n e T h en o n e q u a ld e p t hs t r u c t u r eo faL F - M SC a ni m p r o v et h es e a lp e r f o r m a n c e ，e s p e c i a l l y w h e naL F M Sc o n s i s t so ft h ec o m b i n e dg r o o v e s ，i nw h c i c ht h ei n t l e

18、 tg r o o v ei sc o n v e r g e n t a n dr e t u r ng r o o v ed e p t hi sv a r i a b l e T h er e s e a r c ha c h i e v e m e n tw i l lp r o v i d et h e o r e t i c a lb a s i sf o rt h ef u r t h e rS t u d ya n d r e f e r e n c e sf o rt h ed e s i g no fg r o o v es t r u c t u r eo fL F M

19、S S oi ti so fg r e a ts i g n i f i c a n c ei nt h e o r y a n di ne n g i n e e r i n g K e yw o r d s ：m e c h a n i c a ls e a l ，l a s e r f a c e ，c a v i t a t i o n ，f i n i t ee l e m e n t ，s e a lp e r f o r m a n c e I V 浙江工业人学硕二仁学位论文 目录 摘要I A B S T R A C T I I I 符号说明V I I 第1 章绪论。1 1 1

20、课题背景、目的及意义1 1 2 液体润滑机械密封研究现状2 1 3 1 4 1 5 第2 章 2 1 2 2 2 4 2 5 第3 章 3 1 1 2 1 上游泵送机械密封研究现状3 1 2 2 微孔结构机械密封研究现状一4 1 2 3 L F M S 研究现状5 空化问题的研究现状6 存在问题8 研究内容及步骤8 1 5 1 研究内容一8 1 5 2 研究步骤一8 L a s e r F a c e 液体润滑端面密封分析方法1 0 端面几何结构定义1 0 数学模型一1 l 2 2 。1液膜压力控制方程1 1 2 2 2 空化边界的选取1 2 2 2 3 计算域边界条件1 3 数值计算方法13

21、 2 3 1 有限元基础1 3 2 3 2 变分方程的建立及离散1 4 2 3 3 程序计算流程15 2 3 4 程序验证16 密封性能参数18 本章小结一2 0 引流槽端面密封与回流槽端面密封的性能研究。2 l 引流槽密封性能研究一2 1 3 1 1几何结构及计算参数2 1 3 1 2 端面液膜J 玉力p 与密度比臼分布2 l 3 1 3 操作参数对I N L E T 型槽端面密封性能的影响一2 3 3 1 4 结构参数对I N L E T 型槽端面密封性能的影响一2 5 V 目录 3 2 回流槽密封性能研究2 9 3 2 1几何结构及计算参数2 9 3 2 2 端面液膜压力P 与密度比臼分

22、布一2 9 3 2 3操作参数对R E T U R N 型槽端面密封性能的影响3 0 3 2 4 结构参数对R E T U R N 型槽端面密封性能的影响3 3 3 3 本章小结一3 6 第4 章L a s e r F a c e 两种不同型槽协同作用研究。3 8 4 1 几何结构及计算参数3 8 4 2 端面液膜压力P 与密度比p 分布一3 9 4 3 操作参数对L F M S 密封性能的影响4 0 4 3 1密封压力的影响4 0 4 3 2 转速的影响4 0 4 3 3膜厚的影响4 1 4 4 几何参数对L F M S 密封性能的影响4 2 4 4 1引流槽径向长度比的影响4 2 4 4

23、2 引流槽弧长比的影响4 3 4 4 3回流间距比的影响4 4 4 4 4 月牙槽长短轴比的影响4 5 4 4 5 不同槽深组合的影响4 6 4 5 本章小结一4 7 第5 章L a s e r F a c e 变深结构密封性能研究4 9 5 1 L a s e r F a c e 变深结构的计算模型4 9 5 2 端面液膜压力P 与密度比p 分布5 0 5 3密封压力对L F M S 变深结构密封性能的影响51 5 4 转速对L F M S 变深结构密封性能的影响5 2 5 5 本章小结一5 3 第六章结论与展望5 4 6 1 主要完成的工作一5 4 6 2 结论5 4 6 3 创新点一5

24、5 6 4 展望一5 5 参考文献5 7 致谢6 1 攻读学位期间参加的科研项目和成果6 2 V I 浙江T 业大学硕一 ：学位论文 英文字符： C e P F R p e n h h g l k 办。 向l I K K z ， m 玎 N p P i p o P e 9 ，e n ，n 符号说明 椭圆定位系数，c 。= ( ，。一r ，) ( 厂。一，_ i ) ； 月牙槽长短轴比； 摩擦系数； 开关函数； 开启力，N ； 液膜厚度，g m ； 引流槽深度，g m ； 回流槽深度，g m ； 基础膜厚，岬； 液膜发牛微小变化后的液膜厚度，g m ； 单元矩阵； 刚度矩阵； 液膜刚度，N m

25、； 引流槽径向长度，m m ； 型槽单元个数( 周期数) ； 工作转速，r p m 单元形函数； 液膜玉力，M P a ： 密封环内径处J 玉力，M P a ： 密封环外径处压力，M P a ； 对流与扩散的相对比例； 泄漏率，m L h ； 椭圆中, D N 原点0 的距离，m m ： 密封端面内半径，m m ： 密封端面外半径，m m ： V I I 符号说明 厂r S U y 熬 y s 希腊字符： 仅 a o p t B y 灰 t p A p P c 产u P G 西 Q 回流半径，m m ； 任意半径处的周向弧长，m m ； 动环表面沿坐标x 方向的分速度，m i l l S ；

26、动环表面沿坐标Y 方向的分速度，i n r n s ； 直角坐标系下的x 方向坐标值，I T U T l ； 直角坐标系下的Y 方向坐标值，i i l i n ； 密封端面一个周期的周向角度，a = 3 6 0 m 最佳参数； 引流槽周向角度，o ； 回流间距比，尸( r 。，。) ( ， 。一n ) ； 沿流动方向的有限单元网格的特征长度； 引流槽长度比，乒7 ( r o n ) ； 密度比，唧咖； 引流槽弧长比，2 = 3 a ； 密封介质粘度，P a S ； 液体状态下的密度，k g m ； 端面间润滑液膜密度，k g m ； 稳定性参数； 通用变量； 计算域； 浙江T 业大学硕：上学位

27、论文 第1 章绪论 1 1 课题背景、目的及意义 近几十年来，机械密封技术在工业生产中得到了广泛的应用，特别是在石化机泵中 使用最为普遍，在炼油工艺装置中8 5 以上机泵采用了机械密封【l 】。随着工业和技术的 迅速发展及国家对环境和可持续发展的日益关注，密封技术要求已经逐步向着高参数 ( 高温、高压、高速) 、长寿命方向发展，传统的接触式机械密封已经远远不能满足现 代工厂安全稳定高效生产的需求。在这种背景下，基于流体动静压润滑理论的非接触式 机械端面密封应运而生。 大量学者的理论研究以及牛产实践表明，非接触式机械密封相比于接触式机械密 封，具有低磨损、低能耗、高可靠性、使用寿命长等优点，并在

28、生产实际应用中正逐步 取代接触式机械密封。但是现在几乎所有的非接触式机械密封在降低端面磨损的同时会 增加密封泄漏率，而较大的泄漏率会限制其在特殊工况( 有毒、有害、易燃易爆介质等) 的应用，同时非接触式机械密封也难以适用于一些易汽化介质的场合。因此，在如何增 强密封端面润滑的同时减小泄漏率成为液体机械密封中的个关键问题。 针对以上情况，著名密封制造商J o h nC r a n e 公司于2 0 世纪末率先发明了L a s e r F a c e 液体润滑机械密封( 以下简称为L F M S ) ，它不仅极大地改善了端面间的润滑效果，而 且有效地控制了泄漏率，且不需要额外的冷却系统，特别适合密

29、封热水、液态烃和液氨 等润滑效果差的易汽化介质。L F M S 端面结构示意图如图1 1 所示。 图1 1L F M S 端面结构示意幽 第1 章绪论 L F M S 由一系列分布在端面上的引流槽和回流槽所组成，与密封介质侧相连接的矩 形槽称为引流槽，端面上具有月牙状结构的型槽称为回流槽。引流槽形状似人的鼻子， 回流槽形状似人的眼睛，且槽一般用激光烧蚀而成，于是取名为L a s e r F a c e 端面机械密 封，简称L F M S 。为了使密封环满足双向旋转的要求，引流槽和回流槽设计成关于环中 心对称分布的形式。L F M S 的工作原理是【2 J ：当密封工作时，通过引流槽的引流作用，

30、 把密封腔中的液体引入到密封端面，并在型槽处产生强大稳定的流体动压力，形成的液 膜将端面分开，改善了润滑效果且减少了端面磨损，然后通过独特的回流槽结构将进入 到端面的流体部分泵送回密封介质中去，大大降低了密封的实际外泄漏率。 L F M S 可以用于密封不同粘度高温油、挥发性碳氢化合物、液化天然气等润滑效果 差的液体介质。它主要具有如下几点优势1 3 j ：1 ) 大大降低了端面的摩擦磨损，提高了密 封性能和寿命；2 ) 在正常运转工况下泄漏率较低，起到了保护环境的作用；3 ) 超出了 传统材料的限制，允许密封端面在更高性能要求下可靠地工作；4 ) 允许密封操作贴近 介质蒸汽压力，而不需要额外

31、的冷却系统，费用低，增加了经济效益；5 ) 具有双向设 计，防止了操作上的失误，降低了事故的发生。 目前，J o h nC r a n e 公司仅以介绍L F M S 产品的优异性为主，并未公开有关理论研究 成果及结构设计方法。鉴于此，为了研究L F M S 的密封机理和设计方法，使L F M S 能 够更好地服务于国内的工业生产中，并在应用基础上进行再创新设计，开展L F M S 的 相关理论研究具有极其重要的现实意义。本文将通过建立L F M S 的数学分析模型，采 用有限单元法对其进行相关分析研究，奠定国内L F M S 自主设计的基础，为在以后工 业应用中扩展范围、提高稳定性和可靠性提

32、供有力的指导，以及为L F M S 后续的瞬态 分析以及热、力变形研究等工作的开展打下夯实的基础。 1 2 液体润滑机械密封研究现状 为了对L F M S 进行深入地研究，有必要对液体润滑机械密封的研究现状系统地进 行简要回顾。目前，在石油、石化和化工等行业中，常用液体润滑非接触式动压型机械 密封的结构型式上游泵送机械密封、微孔端面机械密封和L F M S 等，三种型槽型孔端 面密封的开槽T L 端面结构如图1 2 所示。 浙江T 业大学硕 ：学位论文 ( a ) 上游泵送端面结构( b ) 微孔端面结构( C ) L a s e r F a c e 端面结构 图l 一2 典型液体润滑非接触式

33、机械密封的端面结构示意图 1 2 1 上游泵送机械密封研究现状 在螺旋槽气体润滑密封技术得到广泛应用的基础之上，S e d y 4 J 于1 9 8 1 年提出了“上 游泵送”机械密封，即通过在密封端面上采用蚀刻技术开设各种不同形状的流体动压槽， 将在压差作用下造成的少量径向泄漏流体，通过动压槽的粘性剪切作用从低压侧泵送回 至高压侧，从而减小泄漏或达到无泄漏目的。1 9 8 3 年，以色列的E t s i o n 教授【5 J 提出了圆 叶槽机械端面密封，次年，他的学牛发明了径向直叶槽机械密封，这两种密封结构是通 过密封端表面型槽的改形设计实现端面间泄漏流体的剪切流和压差流的相互抵御，因此 均

34、属于上游泵送机械密封的范畴。1 9 8 8 年，I k e u c h i 等【6 J 介绍了雷列台阶与周向泵送槽相 结合的组合式端面密封，雷列台阶可以使端面间形成稳定的薄层液膜，使密封端面变为 非接触，周向泵送槽能够将低压侧液体反输回到高压侧来阻止流体的泄漏；有限差分数 值模拟结果表明，这种组合式端面密封具有良好的动拯效应。1 9 9 2 年，S a l a n t 等【7 J 研究 了螺旋槽和倾斜槽动压型机械密封，通过分析知此两种型槽也具有良好的“上游泵送” 能力。2 0 1 0 年，M a m m a d o v 等峭J 总结了上游泵送密封技术的发展状况，并且以应用在工 况比较苛刻的海水

35、注射泵为例，总结了运行1 8 个月以来对上游泵送产品所作的改进以 其逐渐积累的场地实际经验。 在国内，1 9 9 3 年，顾永泉教授等1 9 1 提出的液体介质用圆弧槽端面密封技术，不仅在 用于液体介质设备的旋转轴密封时表现出优良的密封效果，而且制造加工简单。1 9 9 8 年，李克永及王玉明I lo J 发明了双环带螺旋槽端面密封，其优点是这种密封结构能够阻止 固体颗粒磨损端面，同时具有较佳的停车性能。彭建等【l l J 采用有限元法对三种不同型槽 的上游泵送密封结构进行了研究，结果表明螺旋槽密封结构的综合性能比斜线槽和人字 槽稍好。陈汇龙等2 J 采用商业软件分析研究了上游泵送机械密封的端

36、面微间隙流场，结 第1 章绪论 果表明，在螺旋槽外槽根处存在最大静压，液膜开启力的增大主要来源于槽根处产生的 最大静压。上游泵送机械密封不仅在离心泵等液体输送机器轴端密封上得到成功应用， 同时也是气体输送用压缩机和真空设备轴端密封的优先候选产品之一| 1 3 , 1 4 j 。2 0 0 4 年，王 胜军【1 5 1 根据“无限窄槽”理论得到了密封端面间流体膜的压力分布，并且采用有限元分 析软件A N S Y S 计算了上游泵送机械端面密封的变形及温度场，同时给出了压力、转速 和流体膜厚对变形的影响以及变形对泄漏率的影响。2 0 1 0 年，李贵勇等【I6 J 建立了考虑 密封端面径向锥度的数

37、学模型，并利用有限单元法求解液体润滑雷诺方程得到了螺旋槽 上游泵送机械密封端面问的压力分布，给出了不同黏度下端面径向锥度、膜厚对密封特 性参数的影响规律。 1 2 2 微孔结构机械密封研究现状 1 9 9 6 年，通过将激光加工表面织构技术引入到机械密封中，E t s i o n 1 7 。19 J 提出了微孔 端面液体润滑机械密封( L S T M S ) ，随后，他首次建立了规则L S T M S 的数学模型， 并通过有限差分法求解无量纲雷诺方程得到了端面问液膜的压力分布。1 9 9 9 年，E t s i o n 2 0 1 又给出了一种新的数学模型来对激光加工多孔端面机械密封进行理论分

38、析，该模型可适 用于任何形状微孔端面的研究，且将问题归为六个主要参数的分析：端面内外径比，开 孔面积比，密封数，开孔深径比，无量纲平均压力和无量纲端面压差。2 0 0 4 年，S i r i p u r a m 等口I j 利用有限差分数值方法，在研究表面微凸体结构大小和分布方式对润滑性能的基础 上，着重分析了表面微凸体的形状和方向对摩擦力、泄漏率和膜厚的影响，并在文中将 各种形状的结果列表做了详细的比较，得出了如下结论：( 1 ) 泄漏率和膜厚依赖于微 凸体的形状、凹度、方向和大小；( 2 ) 摩擦系数和微凸体的形状和方向无关，但与微 凸体面积有密切关系。2 0 1 1 年，Q i u 等1

39、 2 2 J 研究了不同速度条件下，不同表面粗糙度多孔 端面液体润滑密封的性能，结果表明，粗糙度对多孔端面密封性能的影响较小。 在国内，2 0 0 4 年，于新奇等【2 3 J 在研究中利用与E t s i o n 相似的理论模型，并通过有 限差分法求解液体润滑雷诺方程，获得了不同工况及表面微孔结构参数下密封端面的无 量纲动雎力分布规律，进而得到了产生最大端面动压力时的多孔端面几何结构优化参 数。在后续研究中，于新奇等【2 4 1 分析了一个孔栏上的液膜压力，并采用M A T L A B 计算 获得了尢量纲液膜J 玉力的三维分布规律，结果表明，转速和密封液体粘度越高，液膜厚 度越小，无量纲平均

40、液膜J 玉力越大，并且微孔深径比和微孔密度对无量纲平均液膜压力 浙江工业大学硕十学位论文 有很大影响。围绕液体润滑中微孔特征参数( 截面形状、端面形状、端面微孔排布方式) 和操作参数对L S T M S 密封性能的影响，浙江工业大学密封课题组进行了较全面的研 究。彭旭东等【2 5 】采用有限单元法在考虑端面液膜空化的情况下，研究了四种不同型面微 孔的密封性能参数，结果表明矩形截面微孔拥有最佳的综合密封性能。杜东波等【2 6 j 以矩 形截面L S T M S 为研究对象，研究了密封操作参数和微孔结构参数对端面平均压力的影 响规律。2 0 0 7 年，潘晓梅等1 27 J 对径向部分开孔L S

41、T M S 进行了理论研究，发现端面静 压力随微孔面积密度的增大而呈线性增大，开孔区长度比对平均压力影响较大。2 0 0 9 年，赵中等1 2 8 】建立了非等径孔和扇形分布多孔端面密封的几何结构模型，对其在不同工 况参数和结构参数情况下的密封性能参数进行了研究。随后，刘鑫等【2 州在此基础上研究 了斜排微孔端面机械密封的密封性能，指出了斜排微孔端面密封产生承载力的机理。 2 0 1 0 年，于海武等【3 0 J 对具有不同方向的三种不同孔形( 三角形、圆形、椭圆) 进行了 对比分析，发现当椭圆形孔垂直于滑移速度方向放置时的承载能力最强。 1 2 3L F M S 研究现状 L F M S 是

42、J o h n C r a n e 公司新推出的专利产品，由于其优异的性能，使用范围正在国 外逐渐推广，但与此相关的文献资料特别是有关设计理论与方法方面的资料很少。针对 液体润滑非接触式机械密封普遍存在泄漏率大的问题，有关学者开展了大量研究【3 1 3 4 J 。 1 9 9 6 年，M u l l e r 3 5 】在总结前人研究的基础之上提出了一种新型密封端面型槽结构，即在 端面上加工产生具有流体动压力的引流槽和具有泵送回流作用的回流槽，这可视为 L F M S 的基本雏形。1 9 9 7 年，E v a n s 【2 J 等首次提出激光脸的概念，并采用数值模拟方法 获得了端面间隙内流体的

43、流场和压力分布，得到激光脸型槽的初步优化结果，并通过试 验对比分析了普通平环、仅含矩形引流槽端面和激光脸端面三种不同表面结构机械密封 环的性能，结果表明：仅含矩形引流槽的端面密封具有较高的泄漏率和低摩擦，普通平 环端面密封具有高摩擦和低泄漏，而激光脸端面密封环不仅具有低摩擦，而且具有低泄 漏率：测试还发现，在高温水泵上，普通平环端面间液膜出现汽化时，在激光脸端面结 构中工作介质即使温度再提高5 0 端面液膜间也不会出现汽化现象，这充分表明了激光 脸端面结构具有很好的抗汽化能力。2 0 0 3 年，J o h nC r a n e 公司通过进一步的研究，表明 激光脸型槽在增强端面润滑的同时可以较

44、好的控制泄漏率，并且在低速低压下也能实现 全膜润滑p6 I 。2 0 0 5 年，激光腧技术开始在国外石化、化工企业得到了现场应用，说明 第1 章绪论 该种新型密封已经从理论走向生产实践阶段。 在国内，激光脸密封技术的研究才刚刚起步。2 0 0 9 年，潘掣3 7 1 采用解析解及C F D 模拟的方法，对L F M S 进行了初步的研究。2 0 11 年，杨慧霞【3 8 】通过采用从国外引进的 机械密封稳态综合性能高级分析软件，在相同操作条件下，分析比较了普通平环端面密 封、螺旋槽端面密封和L F M S 三种密封的主要性能参数，结果表明：普通平环端面密 封的泄漏率最小但是端面摩擦热最高，L F