尚雪梅团队在《机电工程》发表机械密封热变形仿真及其对润滑性能的影响研究论文

　　西安交通大学城市学院机械工程学院尚雪梅团队在《机电工程》发表论文《机械密封热变形仿真及其对润滑性能的影响研究》，该研究针对高温环境下涡轮泵螺旋槽机械密封的变形量化及影响问题开展热变形研究，通过建立润滑性能分析模型、计算液膜力、有限元仿真等手段，明确了变形对润滑性能的影响，理论数据与试验数据的一致性验证了分析的正确性，为高参数机械密封设计及性能仿真提供了参考。

　　机械密封作为控制流体泄漏的关键装置，广泛应用于石油、化工、航空航天等领域，在高温、高压、高速等极端工况下的安全性至关重要。非接触式螺旋槽机械密封凭借端面润滑优势，成为火箭发动机涡轮泵等核心设备的关键部件，但极端工况下的热变形问题会直接影响其润滑性能与密封可靠性，此前相关研究多缺乏极端工况验证或未充分考虑温度影响。

　　为解决这一难题，团队首先分析了涡轮泵机械密封的结构与工况，其转子转速最高可达30000r/min，工作温度范围为600~700℃。随后利用SolidWorks进行实体建模，通过流体润滑理论计算动环与静环间的液膜力，并借助ANSYS Workbench软件开展有限元仿真，获得高温和液膜力作用下的变形数据。

　　实验结果显示，液膜力为2kN时，动环最大变形量达8.3μm，静环最大变形量仅0.6μm。考虑变形后，机械密封的最小润滑膜厚更小，流量更大，且理论计算结果与试验数据更为契合。值得注意的是，动环外侧变形量与工作液膜厚度相当，对密封性能影响显著，而静环变形极小，对密封流场的影响可忽略不计。若设计时不考虑变形，膜厚计算结果会比实际值大1.5μm左右，可能导致低转速下机械密封磨损。

　　该研究通过流体润滑计算与有限元仿真相结合的方法，精准量化了机械密封热变形规律，揭示了其对润滑性能的影响机制，为极端工况下高参数机械密封的优化设计提供了重要的技术支撑。