基于分形理论将动、静环端面的接触简化为粗糙表面与理想刚性平面的接触,讨论了接触式机械密封端面形貌的表征方法,建立了接触式机械密封的磨损模型。根据建立的模型,分析各分形参数、材料参数及工作参数对磨损的影响,并将所建模型与实验数据进行对比,验证了模型的合理性。结果表明接触式机械密封分形维数D与其磨损率γ呈浴盆曲线的关系;特征长度尺度参数G、端面比载荷pg、转速n与其磨损率γ成正比;接触式机械密封的综合弹性模量E与其磨损率γ成反比。

为研究机械密封端面形貌对密封性能的影响,建立考虑径向锥度、周向波度和端面粗糙度的螺旋槽液膜密封数学模型,运用正交试验法设计试验方案,采用有限元法计算不同方案的开启力、泄漏量和液膜刚度,并由极差分析确定了各参数对密封性能影响的主次顺序。结果表明:端面形貌参数对开启力和泄漏量的影响顺序相同,锥度和波数是影响液膜密封性能的主要因素。