? ? ? ?根據(jù)機械密封摩擦副端面的形式，分為螺旋槽機械密封和無螺旋槽機械密封兩種。螺旋槽機械密封由于流體靜壓或動壓作用，在摩擦副密封環(huán)端面間充滿一層完整的流體膜迫使密封端面彼此分離，而不存在硬性固鍵相接觸的機械密封。由于螺旋槽機械密封具有磨損小、壽命長、耗能低、泄漏量少、工作狀態(tài)穩(wěn)定及適應(yīng)性強等優(yōu)點，在國內(nèi)外化工生產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用，已成為泵、壓縮機、反應(yīng)釜等工藝設(shè)備中的關(guān)鍵部件。螺旋槽機械密封雖然有很多的優(yōu)點，但在高參數(shù)極端工況等惡劣工作條件下不可避免的會發(fā)生振動變形，因此對螺旋槽機械密封的動力學(xué)特性研究就很有必要。
? ? ? ?四川大禹機械密封件制造有限公司首先對密封端面具有徑向深槽的機械密封進行了研究，提出了端面具有圓弧深槽的機械密封，由于圓弧深槽能吸收液體，因而密封環(huán)邊緣得到良好冷卻，穩(wěn)定性能好，工作十分可靠。大禹密封利用有限元法，計算了圓弧深槽機械密封端面的壓力分布的密封性能。用數(shù)值方法研究了該類機械密封的穩(wěn)定動力學(xué)特點，發(fā)現(xiàn)圓弧深槽的主要作用是增加了端面的靜壓力，使密封對動壓波動敏感性降低，有利于密封的穩(wěn)定工作。大禹進一步對圓弧深槽的槽數(shù)和槽深進行優(yōu)化設(shè)計，對圓弧深槽機械密封進行了實驗研究。由于在實際應(yīng)用中，不可避免的會出現(xiàn)密封失效，嚴重時可能造成重大人員傷亡。造成失效的原因很多，有端面溫升過高導(dǎo)致的液體汽化，也可能是端面變形過大導(dǎo)致的摩擦磨損等，因此有必要對螺旋槽機械密封進行動力學(xué)特性分析。
? ? ? ?以機械密封摩擦副動環(huán)為研究對象，結(jié)合實際工況，依據(jù)模態(tài)理論，對動環(huán)振動進行分析，得到了帶螺旋槽和無螺旋槽機械密封動環(huán)的各階主陣型圖，及相應(yīng)的應(yīng)力、變形、對兩者的結(jié)果進行對比分析。通過對帶螺旋槽和無螺旋槽動環(huán)進行了模態(tài)分析，得到帶螺旋槽的前十階頻率變化下，動環(huán)的頻率與變形呈現(xiàn)一定的線性關(guān)系，即隨著頻率的增加，其變形和應(yīng)力也在增加。在機械密封動環(huán)的設(shè)計中，考慮動環(huán)固有頻率和振型以避免機械密封系統(tǒng)發(fā)生共振現(xiàn)象。通過對動環(huán)的模態(tài)振型分析表明，擺動振、彎曲振、全振是動環(huán)發(fā)生共振可能性最大的振型。因此，在機械密封系統(tǒng)的設(shè)計中要充分考慮動環(huán)的固有頻率和振型，使工作頻率遠離動環(huán)的固有頻率，避免發(fā)生共振。通過以上分析，為動環(huán)結(jié)構(gòu)的進一步結(jié)構(gòu)優(yōu)化、疲勞壽命檢測、密封系統(tǒng)的振動特性、振動故障診斷和預(yù)報、結(jié)構(gòu)動力特性的優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。在機械密封動環(huán)的模態(tài)分析中，在不考慮油膜外在條件下，頻率在45-60Hz時，無螺旋槽機械密封動環(huán)的應(yīng)力和變形比螺旋槽式機械密封小，即無螺旋動環(huán)比帶螺旋槽動環(huán)的動力學(xué)性能好。