机械密封动环和静环之间形成的润滑膜厚度是其稳定运行的一个重要评价指标,为实现润滑膜厚度的非接触检测,根据机械密封润滑膜的特点,构建了接触式机械密封润滑膜的超声检测模型,并推导了润滑膜厚度的计算公式。指出机械密封在运行过程中会产生两相流,准确测量机械密封润滑膜的厚度,必须考虑密封介质的两相问题。引入中间变量混合因子,通过试验获得混合因子和密封润滑介质密度的变化关系,进行气液两相润滑下的机械密封润滑介质密度的表征。对两相润滑下的机械密封润滑膜厚度进行超声测试,对考虑两相和不考虑两相的润滑膜厚度计算值进行对比分析。研究结果表明:在汽化程度不高时,考虑两相的润滑膜厚度计算值与真实值更接近;随着汽化程度的增加,超声检测的精度在降低,需从升速和声阻抗等参数的变化方面综合考虑。

为了研究涡轮泵机械密封的摩擦学性能,本文建立了机械密封摩擦学性能的计算模型,对润滑膜厚度h、润滑膜承载力F和摩擦力矩Mf随工况的变化规律进行了分析;通过摩擦磨损和台架试验,对摩擦系数μ、体积磨损量ΔV、润滑膜温度T和摩擦力f进行了测量,分析了其对涡轮泵重复利用的影响。结果表明:h,F和Mf随转速变化明显,转速越高h,F和Mf越大,转速为35000 r/min时h,F和Mf出现最大值,分别为8.6μm、2.3 kN和2.89 N·m;在启动和停止阶段机械密封处于干摩擦或边界润滑状态,伴随的摩擦磨损现象将严重制约涡轮泵的重复使用;摩擦磨损试验获得μ和ΔV的平均值分别为0.22和0.27 cm3;台架试验中T和f的数值大小能够实时反映其所在的摩擦学状态,全尺寸试验件的磨损形貌反映出了摩擦磨损试验结果不能完全代替全尺寸的台架试验。