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高温高速深槽端面密封工作机理与性能研究

深槽端面密封是在密封环端面开设毫米级深槽的热流体动压型机械密封，其工作机理和密封性能尚不明晰。本文建立了高温高速流固热多场耦合混合润滑数值分析模型，求解了高温高速工况下深槽密封端面的变形量。结果表明，深槽的存在使得密封端面产生了微米级的径向锥度和周向波度。基于此结果对深槽引起的端面波度形状进行表征，绘制动环端面的波度云图，并通过曲线拟合的方法给出端面波度的解析表达式，为模型分析提供了数学基础。此外，采用本模型研究了工况参数与深槽几何参数对泄漏量和端面温度等密封性能的影响。研究表明，随着压差、转速和温度的增大，深槽密封的泄漏量不断增加，端面生热和温度不断提高；几何参数方面，减小槽深可降低泄漏量，但会提高端面温度；适当增大槽数可降低泄漏量和端面温升。经过分析对比，高温高速工况下深槽密封可近似等效为带有径向锥度的波度密封，可借鉴已经获得的带有径向锥度的波度密封性能规律对深槽密封进行定性分析。本研究为深槽端面密封的工作机理与性能研究提供了理论参考。