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激光加工多孔端面机械密封(LST-MS)是一种新型的流体动压型机械密封,其最大的优点就是运转中的两个机械密封端面处于非接触状态。因为端面微孔可以捕捉磨粒并且储存润滑介质,所以可以有效降低密封端面的摩擦磨损和端面温升。若LST-MS端面结构设计合理,则可以达到增加密封可靠性和延长密封寿命的目的。理论上甚至可以达到零泄漏。因此具有很大的研究价值和应用市场。
本文以圆形微孔液体润滑LST-MS为研究对象,通过合理的简化和近似,建立了LST-MS端面液膜压力的Reynolds控制方程,确定了求解边界条件,建立了液膜厚度和微孔几何结构的数学模型,推导并提出了密封性能参数的计算表达式。采用有限单元法求解Reynolds方程,获得了密封端面上的膜压分布,计算了密封的性能参数,如开启力、液膜刚度、泄漏率及刚漏比等。在此基础上,分析比较了径向直排微孔和螺旋排布微孔LST-MS结构参数和工况参数对密封性能的影响规律,对微孔结构参数进行了优化,指出在一定条件下螺旋排布微孔LST-MS具有更优的密封性能。研究结果完善了LST-MS的设计理论,对密封的选型和加工制造具有一定的指导意义。