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摘要：机械密封式流体机械和动力机械的重要装置之一，摩擦副的接触端面是机械密封的主要密封端面，同时也是决定其密封性能的关键，还是决定机械密封的摩擦磨损和工作寿命的关键，为了可以改善机械密封端面摩擦副的润滑情况，提高密封性能，把表面造型技术应用在机械密封，密封端面加工很多几何形态，以产生动压效应和泵送效应，这样可以减少机械米饭呢个的摩擦磨损和泄漏量，有效的代替普通机械密封应用在高参数及危险性的恶劣工况，本文对摩擦润滑理论和粘性流体力学角度分析端面造型机械密封的内部流动，分析对动压效应产生的意义。
关键词：端面；激光微造型机械；密封；研究
一、端面激光微造型机械密封性能研究的目的与意义
随着社会的不断发展，人们对环境保护也在不断的重视，对于机械密封的泄漏问题要求也越来越严格，美国的摩擦学家与润滑工程师学会制定了易挥发物逸出定量控制规定指南，其中主要要求机械密封从零泄漏向零溢出发展，为了延长设备的检修时间，有很多行业都要求机械密封的使用寿命增加，所以发展机械密封的新理论、新技术及开发出满足用户需求的高参数、高性能机械密封新产品十分必要。
对于机械密封环端面进行微尺度几何形貌的激光加工，可以有效的减少机械密封泄漏的同时，还能解决摩擦副的摩擦磨损问题，以便于实现机械密封的零泄漏和非接触，尤其是适用于高速、高压、高温等使用条件下和核电、石油、化工等行业中，还可有有效的提高产品在国际市场的竞争能力。为了可以有效的改善机械密封的密封性能和端面摩擦副的润滑问题，人们把表面造型技术用在机械密封中，实现了机械密封的零泄漏和非接触式运转，同时也是行之有效的方法。
二、微造型摩擦副物理模型及内部流动分析
对于微尺度端面造型的机械密封就是在普通机械密封的端面应用激光加工出微米级的几何形貌，主要有动压槽、微凹腔及不同槽型和槽与凹腔的组合形貌，根据机械密封的工况参数及使用方法，可以把机械密封的动压槽设计为以旋转轴为中心对称的不同槽型，到现在为止已经开发出的槽型主要包括多圆叶台阶面型、周向雷列台阶型、直叶型和类螺旋槽型等，其中类螺旋槽型就具有很强的动态密封能力，在启动和停车的时候可以实现密封，而且流体动压效应和摩擦功耗具有很大的优势，所以，在工程应用中，类螺旋槽型的机械密封十分的普遍，并且获得最大的液膜刚度。
近年来对于微凹腔端面造型的研究不断的加深，微凹腔端面造型主要是在一个密封环端面上用激光加工出均匀分布的规则微凹腔，可以根据机械密封的使用性能的要求，并且根据内流场计算和流体动压润滑理论，在密封环的端面设置具有一定螺旋角度、分布间距、几何形貌的泵送槽，还要有分布密度、?m级深度的微观凹腔，在机械密封的条件下，泵送槽把少量的泄漏密封介质泵吸入，主要是由于泵送槽产生的泵送效应抵抗由密封介质产生了一定的压差效应，使得机械密封实现了零泄漏的情况，还有就是由于剪切力的作用，流土也会通过泵送槽、密封堰，就会产生一定的径向分量，流体的流量和流向在槽堰出发生改变，强化流体动压润滑效应，而微观凹腔相当于微动力润滑轴承，对流体起到了动压润滑的目的，由于泵送槽与微观凹腔之间产生相互叠加、耦合的情况，这样就会增加密封环端面间的流体动压润滑效应，以便于实现动静环摩擦副的非接触运转。还有就是当机械密封端面摩擦副在工作的时候，微观凹腔提到润滑的作用，这样就可以有效的避免发热变形甚至是损坏，泵送槽和微观凹腔有容纳摩擦产生的废屑，有效的减少继续磨损，延长其使用寿命。
三、微造型机械密封摩擦副内流场数值模拟
1.数值模拟的过程
（1）基本假设
在进行模拟数值的时候应充分考虑到密封环和密封系统的结构特点，对密封端面间的液膜流场进行正确的分析，当密封端面之间没有接触的时候，所产生的热量就会很少，所以就忽略液体温度和粘度的变化，密封为刚性端面，密封环材料的弹性模量高、刚度大，可以忽略密封环变形对液体流动的影响，密封环运转过程中对中性好，可以忽略在工作过程中系统扰动和振动对液膜流场的影响，密封端面十分的光滑，可以忽略密封端面粗糙度对液体流动的影响。
（2）控制方程
（3）求解区域及边界条件
由于机械密封端面造型的轴是对称的，其液膜流场具有周期性，选取某个典型区域进行计算模型的密封性能，根据计算区域的周期性，取整个计算区域的八分之一进行建模分析，主要是为了探讨槽与腔的相互影响，密封堰区域放置不同数目的微观凹腔进行数值模拟，对于周期性的边界条件为旋转型。
2.端面螺旋槽造型機械密封的密封性能
（1）密封介质压力为0.2MP
对于密封介质的压力是固定的时候，随着转速的增加，螺旋槽外径侧可以达到最高压力值增大，螺旋槽的泵送效应增加。当密封介质压力为0.2MPa时，端面最高压力出现在螺旋槽的外径端，向着密封环内径和外径侧静压值都会减少，内径侧可能会出现负压，阻止密封介质向着选择轴侧泄漏，随着转速的不断增加，端面最高压力与最低压力的差不断的增加，对于介质的泵送效应增加，内径侧最低压力值降低，这对于已经泄漏介质的回吸能力增加，密封环外径侧压力值可以达到介质压力0.2MPa，所以可以保证其好的密封性能。
（2）密封介质的压力为0.5MP
当密封介质的压力为0.5MPa的时候，转速为1500r/min，在槽外径侧没有形成高压区，密封环外侧没有达到密封介质压力，使得密封性能不理想，而且由于内径端最低的压力最高可以达到缓解压力，不具备对泄漏介质的回吸能力，当转速增加300r/min槽外径侧形成部分高压区，随着转速的不断增加，使得槽外径端形成高压区，密封的效果就会很理想，当转速达到2900r/min的时候，端面静压分布就可以到达最好的状态，另外由于向着密封环外径内径侧均匀减少，当内径侧最低压力值降至0.1MPa，对泄漏介质具有很强的回吸能力，所以当密封环外径侧的压力在0.5MPa时具有很好的密封性能。
密封介质的压力为0.8MPa
当转速在1500r/min和1800r/min的时候，压力可以达到0.8MPa，槽外径侧没有形成一个高压区，密封性能就很差，不能起到回吸的能力，当转速2250r/min的时候，就具有一定的密封和回吸能力，当达到2900r/min时候，槽外径侧形成高压区，泵送及密封性能就会很好。
端面静压分布整体趋势与螺旋槽上游泵送机械密封端面静压分别趋势相同，外径侧静压值可以达到密封压力，有效的密封介质相内径侧泄漏，有了周向贯通槽的端面密封，使得压力分布更加的均匀，而且可以有效的降低壁面剪切力，减小密封端面的摩擦磨损，还有由于动压值减小，间隙也减小，泄漏量也会减小。端面微凹腔加螺旋槽造型机械密封具有明显的优势，而且具有很好的密封性能，有效的降低端面摩擦副的摩擦磨损，而且可以应用在高参数的工况中，为以后机械密封端面造型设计提供参考。
结语：
对于不同端面机械密封性能进行研究，只是局限于端面摩擦扭矩和泄漏量的研究，希望在以后的工作中可以测试出更多的性能参数，以便于端面激光微造型机械密封性能的研究，同时对延长设备的使用寿命，为企业节约投入资金。
参考文献：
[1]陈汇龙；李雯瑜；吴荣珍；林清龙；黄建平；基于动网格技术的端面造型机械密封性能[J]；排灌机械工程学报；2012年01期
[2]丁雪兴；王燕；佘志刚；毛亚军；；微孔端面机械密封间液膜的CFD数值模拟[J]；兰州理工大学学报；2011年02期
[3]黄建平；槽腔耦合端面液体机械密封内流场及性能研究[D]；江苏大学；2010年
[4]李亚南；端面激光微造型机械密封性能研究[D]；江苏大学；2010年
[5]杜东波；彭旭东；；微孔参数对激光加工多孔端面机械密封性能的影响[J]；润滑与密封；2006年04期
[6]丁雪兴；李国栋；杜鹃；张鹏高；；激光加工多孔端面机械密封性能参数的计算与分析[J]；兰州理工大学学报；2009年05期
关键词：端面；激光微造型机械；密封；研究
一、端面激光微造型机械密封性能研究的目的与意义
随着社会的不断发展，人们对环境保护也在不断的重视，对于机械密封的泄漏问题要求也越来越严格，美国的摩擦学家与润滑工程师学会制定了易挥发物逸出定量控制规定指南，其中主要要求机械密封从零泄漏向零溢出发展，为了延长设备的检修时间，有很多行业都要求机械密封的使用寿命增加，所以发展机械密封的新理论、新技术及开发出满足用户需求的高参数、高性能机械密封新产品十分必要。
对于机械密封环端面进行微尺度几何形貌的激光加工，可以有效的减少机械密封泄漏的同时，还能解决摩擦副的摩擦磨损问题，以便于实现机械密封的零泄漏和非接触，尤其是适用于高速、高压、高温等使用条件下和核电、石油、化工等行业中，还可有有效的提高产品在国际市场的竞争能力。为了可以有效的改善机械密封的密封性能和端面摩擦副的润滑问题，人们把表面造型技术用在机械密封中，实现了机械密封的零泄漏和非接触式运转，同时也是行之有效的方法。
二、微造型摩擦副物理模型及内部流动分析
对于微尺度端面造型的机械密封就是在普通机械密封的端面应用激光加工出微米级的几何形貌，主要有动压槽、微凹腔及不同槽型和槽与凹腔的组合形貌，根据机械密封的工况参数及使用方法，可以把机械密封的动压槽设计为以旋转轴为中心对称的不同槽型，到现在为止已经开发出的槽型主要包括多圆叶台阶面型、周向雷列台阶型、直叶型和类螺旋槽型等，其中类螺旋槽型就具有很强的动态密封能力，在启动和停车的时候可以实现密封，而且流体动压效应和摩擦功耗具有很大的优势，所以，在工程应用中，类螺旋槽型的机械密封十分的普遍，并且获得最大的液膜刚度。
近年来对于微凹腔端面造型的研究不断的加深，微凹腔端面造型主要是在一个密封环端面上用激光加工出均匀分布的规则微凹腔，可以根据机械密封的使用性能的要求，并且根据内流场计算和流体动压润滑理论，在密封环的端面设置具有一定螺旋角度、分布间距、几何形貌的泵送槽，还要有分布密度、?m级深度的微观凹腔，在机械密封的条件下，泵送槽把少量的泄漏密封介质泵吸入，主要是由于泵送槽产生的泵送效应抵抗由密封介质产生了一定的压差效应，使得机械密封实现了零泄漏的情况，还有就是由于剪切力的作用，流土也会通过泵送槽、密封堰，就会产生一定的径向分量，流体的流量和流向在槽堰出发生改变，强化流体动压润滑效应，而微观凹腔相当于微动力润滑轴承，对流体起到了动压润滑的目的，由于泵送槽与微观凹腔之间产生相互叠加、耦合的情况，这样就会增加密封环端面间的流体动压润滑效应，以便于实现动静环摩擦副的非接触运转。还有就是当机械密封端面摩擦副在工作的时候，微观凹腔提到润滑的作用，这样就可以有效的避免发热变形甚至是损坏，泵送槽和微观凹腔有容纳摩擦产生的废屑，有效的减少继续磨损，延长其使用寿命。
三、微造型机械密封摩擦副内流场数值模拟
1.数值模拟的过程
（1）基本假设
在进行模拟数值的时候应充分考虑到密封环和密封系统的结构特点，对密封端面间的液膜流场进行正确的分析，当密封端面之间没有接触的时候，所产生的热量就会很少，所以就忽略液体温度和粘度的变化，密封为刚性端面，密封环材料的弹性模量高、刚度大，可以忽略密封环变形对液体流动的影响，密封环运转过程中对中性好，可以忽略在工作过程中系统扰动和振动对液膜流场的影响，密封端面十分的光滑，可以忽略密封端面粗糙度对液体流动的影响。
（2）控制方程
（3）求解区域及边界条件
由于机械密封端面造型的轴是对称的，其液膜流场具有周期性，选取某个典型区域进行计算模型的密封性能，根据计算区域的周期性，取整个计算区域的八分之一进行建模分析，主要是为了探讨槽与腔的相互影响，密封堰区域放置不同数目的微观凹腔进行数值模拟，对于周期性的边界条件为旋转型。
2.端面螺旋槽造型機械密封的密封性能
（1）密封介质压力为0.2MP
对于密封介质的压力是固定的时候，随着转速的增加，螺旋槽外径侧可以达到最高压力值增大，螺旋槽的泵送效应增加。当密封介质压力为0.2MPa时，端面最高压力出现在螺旋槽的外径端，向着密封环内径和外径侧静压值都会减少，内径侧可能会出现负压，阻止密封介质向着选择轴侧泄漏，随着转速的不断增加，端面最高压力与最低压力的差不断的增加，对于介质的泵送效应增加，内径侧最低压力值降低，这对于已经泄漏介质的回吸能力增加，密封环外径侧压力值可以达到介质压力0.2MPa，所以可以保证其好的密封性能。
（2）密封介质的压力为0.5MP
当密封介质的压力为0.5MPa的时候，转速为1500r/min，在槽外径侧没有形成高压区，密封环外侧没有达到密封介质压力，使得密封性能不理想，而且由于内径端最低的压力最高可以达到缓解压力，不具备对泄漏介质的回吸能力，当转速增加300r/min槽外径侧形成部分高压区，随着转速的不断增加，使得槽外径端形成高压区，密封的效果就会很理想，当转速达到2900r/min的时候，端面静压分布就可以到达最好的状态，另外由于向着密封环外径内径侧均匀减少，当内径侧最低压力值降至0.1MPa，对泄漏介质具有很强的回吸能力，所以当密封环外径侧的压力在0.5MPa时具有很好的密封性能。
密封介质的压力为0.8MPa
当转速在1500r/min和1800r/min的时候，压力可以达到0.8MPa，槽外径侧没有形成一个高压区，密封性能就很差，不能起到回吸的能力，当转速2250r/min的时候，就具有一定的密封和回吸能力，当达到2900r/min时候，槽外径侧形成高压区，泵送及密封性能就会很好。
端面静压分布整体趋势与螺旋槽上游泵送机械密封端面静压分别趋势相同，外径侧静压值可以达到密封压力，有效的密封介质相内径侧泄漏，有了周向贯通槽的端面密封，使得压力分布更加的均匀，而且可以有效的降低壁面剪切力，减小密封端面的摩擦磨损，还有由于动压值减小，间隙也减小，泄漏量也会减小。端面微凹腔加螺旋槽造型机械密封具有明显的优势，而且具有很好的密封性能，有效的降低端面摩擦副的摩擦磨损，而且可以应用在高参数的工况中，为以后机械密封端面造型设计提供参考。
结语：
对于不同端面机械密封性能进行研究，只是局限于端面摩擦扭矩和泄漏量的研究，希望在以后的工作中可以测试出更多的性能参数，以便于端面激光微造型机械密封性能的研究，同时对延长设备的使用寿命，为企业节约投入资金。
参考文献：
[1]陈汇龙；李雯瑜；吴荣珍；林清龙；黄建平；基于动网格技术的端面造型机械密封性能[J]；排灌机械工程学报；2012年01期
[2]丁雪兴；王燕；佘志刚；毛亚军；；微孔端面机械密封间液膜的CFD数值模拟[J]；兰州理工大学学报；2011年02期
[3]黄建平；槽腔耦合端面液体机械密封内流场及性能研究[D]；江苏大学；2010年
[4]李亚南；端面激光微造型机械密封性能研究[D]；江苏大学；2010年
[5]杜东波；彭旭东；；微孔参数对激光加工多孔端面机械密封性能的影响[J]；润滑与密封；2006年04期
[6]丁雪兴；李国栋；杜鹃；张鹏高；；激光加工多孔端面机械密封性能参数的计算与分析[J]；兰州理工大学学报；2009年05期