尹，，，，，，

(1.清華大學(xué)摩擦學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100084；2.北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京 100076；3.北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所，北京 100076；4.浙江工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，杭州 310032)

火箭渦輪泵機(jī)械密封研究綜述

尹源1，廖傳軍2，王志峰3，彭旭東4，黃偉峰1，劉向鋒1，劉瑩1

(1.清華大學(xué)摩擦學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100084；2.北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京100076；3.北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所，北京100076；4.浙江工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，杭州310032)

機(jī)械密封作為一種適合在苛刻工況下使用的軸封形式，在火箭各類渦輪泵中得到了廣泛應(yīng)用。渦輪泵的特殊性給機(jī)械密封的應(yīng)用帶來(lái)了一系列問(wèn)題。對(duì)火箭渦輪泵機(jī)械密封方面的研究概況進(jìn)行簡(jiǎn)述。首先從高速旋轉(zhuǎn)軸系中的機(jī)械密封動(dòng)力學(xué)方面，介紹了高速工況下軸系與機(jī)械密封的耦合關(guān)系和機(jī)械密封主動(dòng)控制的嘗試；然后對(duì)火箭渦輪泵機(jī)械密封中的摩擦磨損與潤(rùn)滑問(wèn)題進(jìn)行了介紹，涉及高速摩擦磨損下的可靠性、熱力耦合與變形問(wèn)題、材料配副、流體膜形成機(jī)理與端面幾何特征優(yōu)化等各方面問(wèn)題；最后介紹了渦輪泵帶壓長(zhǎng)期貯存的工作特點(diǎn)造成的靜態(tài)慢滲問(wèn)題。

機(jī)械密封; 渦輪泵; 動(dòng)力學(xué); 摩擦學(xué)

Abstract：As a type of shaft seal suitable for harsh conditions, mechanical face seal is widely used in turbopumps. A series of problems are brought by the special features of turbopump. Firstly, concerning the dynamics of mechanical face seal in high-speed shafting, the researches on the coupling between shafting and seal are introduced, along with the development of active control on mechanical face seal. Then, the researches on friction, wear and lubrication are introduced, considering multiple problems including reliability under high-speed wear, thermal-mechanical coupling, material matching, fluid lubrication mechanism and geometric optimization. Finally the problem of leakage under static load, resulted from the long-time storage of mechanical face seal on the turbopump, is introduced.

Keywords：Mechanical face seal; Turbopump; Dynamics; Tribology

0 引言

渦輪泵是液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)庖簤核欧到y(tǒng)等的核心動(dòng)力元件，其旋轉(zhuǎn)軸密封的可靠性至關(guān)重要?；鸺郎u輪泵中常用的旋轉(zhuǎn)軸密封形式主要包括迷宮密封、唇形密封、浮環(huán)密封、機(jī)械密封等基本密封形式及它們的組合[1-2]。其中機(jī)械密封是一種在渦輪泵高參數(shù)運(yùn)行工況下綜合性能良好的軸端密封形式。

機(jī)械密封的基本理論在其他領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)行了大量研究。但在應(yīng)用于渦輪泵時(shí)，機(jī)械密封需要在高壓、高速、高溫(或低溫)、強(qiáng)振動(dòng)等苛刻工況條件下工作[2-3]，這使得密封的工作機(jī)理和工作特性與常規(guī)機(jī)械密封存在明顯的不同和特殊性。渦輪泵機(jī)械密封需要特別關(guān)注高速運(yùn)轉(zhuǎn)并存在強(qiáng)烈振動(dòng)條件下的機(jī)械密封動(dòng)態(tài)特性，以及苛刻工況下的密封端面摩擦磨損特性。此外，由于渦輪泵實(shí)際工作時(shí)間占比很少，長(zhǎng)期處于帶壓貯存狀態(tài)，機(jī)械密封的靜態(tài)慢滲特性尤為重要。

本文從渦輪泵高速旋轉(zhuǎn)軸系中的機(jī)械密封動(dòng)力學(xué)、密封摩擦磨損與潤(rùn)滑和密封靜態(tài)慢滲3個(gè)方面，對(duì)已有的研究成果進(jìn)行綜合性簡(jiǎn)述。

1 渦輪泵高速旋轉(zhuǎn)軸系中的機(jī)械密封動(dòng)力學(xué)

為分析機(jī)械密封的動(dòng)態(tài)特性，Shapiro等[4]分別獨(dú)立求解潤(rùn)滑方程和運(yùn)動(dòng)方程，準(zhǔn)靜態(tài)地求解了一種飛機(jī)引擎軸端氣體密封的動(dòng)態(tài)特性。Miller等[5]提出了一種同步求解潤(rùn)滑方程和動(dòng)力學(xué)方程的方法。這些方法完整地求解密封在瞬態(tài)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)和壓強(qiáng)分布狀態(tài)隨時(shí)間的變化，消耗的計(jì)算資源非常大。更加節(jié)約計(jì)算資源的是由Miller等[6-7]引入機(jī)械密封領(lǐng)域的小擾動(dòng)法。小擾動(dòng)法的方程組中沒(méi)有時(shí)間項(xiàng)，可以用較少的資源消耗計(jì)算出氣膜的動(dòng)態(tài)剛度和阻尼，并用于與軸系動(dòng)力學(xué)的耦合分析。Miller等的研究主要面向干氣密封等非接觸式機(jī)械密封。

渦輪泵軸系具有較高的運(yùn)行速度，已有的研究表明，當(dāng)機(jī)械密封安裝在高速甚至超高速旋轉(zhuǎn)的軸上時(shí)，其工作會(huì)受到軸系動(dòng)力學(xué)特性的影響[8-10]。反過(guò)來(lái)，機(jī)械密封也作為軸系中的一個(gè)轉(zhuǎn)子影響著整個(gè)軸系的動(dòng)力學(xué)特性[11-13]。

對(duì)機(jī)械密封工作受軸系動(dòng)力學(xué)特性影響這一問(wèn)題的研究最早在1994年由Lee等[8]開(kāi)展。他們利用轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)中常用的傳遞矩陣方法，研究了將軸、流體膜、副密封等諸多因素耦合考慮的完整動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。以動(dòng)環(huán)浮動(dòng)型機(jī)械密封為分析對(duì)象，針對(duì)追隨性(以幅值減少比率和相位差作為考察參數(shù))將耦合分析結(jié)果與已有的針對(duì)機(jī)械密封獨(dú)立分析的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在某些工況下耦合分析結(jié)果和獨(dú)立分析結(jié)果存在很大差別。

1996年，Wileman等[9]研究了機(jī)械密封偏心對(duì)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性的影響。他們研究了一種雙浮動(dòng)動(dòng)環(huán)密封，從理論上推導(dǎo)了它們所受的力和力矩與徑向位移的線性化關(guān)系，得到了偏擺和徑向兩種動(dòng)力學(xué)模式存在耦合現(xiàn)象的結(jié)論。2004年，Wileman[10]研究了軸同步渦動(dòng)對(duì)機(jī)械密封的影響，研究對(duì)象仍是雙浮動(dòng)動(dòng)環(huán)密封。其對(duì)多種特殊情形(包括動(dòng)環(huán)與渦動(dòng)軸剛性連接且靜環(huán)浮動(dòng)、動(dòng)環(huán)浮動(dòng)且靜環(huán)偏心等)進(jìn)行了討論。結(jié)果表明，軸的同步渦動(dòng)會(huì)對(duì)雙浮動(dòng)環(huán)密封的穩(wěn)態(tài)性能產(chǎn)生顯著的影響；對(duì)于動(dòng)環(huán)與軸剛性連接且靜環(huán)浮動(dòng)的情形，密封對(duì)軸的渦動(dòng)更加敏感。

徐華等[11]研究了機(jī)械密封對(duì)轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的影響，在研究中他們將機(jī)械密封視為具有線性剛度和阻尼特性的元件。他們的結(jié)論是，機(jī)械密封限制了轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)橫向振動(dòng)的轉(zhuǎn)角變化，從而導(dǎo)致臨界轉(zhuǎn)速提高且不平衡響應(yīng)降低。

張楠等[12]對(duì)渦輪泵輪子-石墨密封系統(tǒng)的振動(dòng)特性進(jìn)行了研究，建立了渦輪泵轉(zhuǎn)子-密封系統(tǒng)的耦合動(dòng)力學(xué)方程，并求解了系統(tǒng)的不平衡力響應(yīng)。他們的研究結(jié)果表明：一方面密封的摩擦作用會(huì)減小轉(zhuǎn)子的振動(dòng)幅值；另一方面會(huì)強(qiáng)化轉(zhuǎn)子的彎扭耦合作用，使振動(dòng)頻率特征復(fù)雜化并帶來(lái)失穩(wěn)危險(xiǎn)。

董衛(wèi)紅等[13]建立了高速渦輪泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)集成模型，這一模型描述了密封裝置、軸承、軸向平衡裝置等多種摩擦學(xué)元件相耦合的動(dòng)力學(xué)特性，見(jiàn)圖1[13]。郭軍剛等[14]針對(duì)超高速渦輪泵機(jī)械密封的工作狀況和失效機(jī)理研究了其動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性和密封端面磨損換熱特性，并對(duì)特定的機(jī)械密封形式和參數(shù)進(jìn)行了分析，從而得到其工作性能參數(shù)，并得出了若干失效因素的針對(duì)性設(shè)計(jì)方案。

除通過(guò)設(shè)計(jì)密封本身的動(dòng)力學(xué)性能來(lái)維持其穩(wěn)定工作外，學(xué)者們還通過(guò)在機(jī)械密封中設(shè)計(jì)主動(dòng)控制裝置來(lái)引入對(duì)密封狀態(tài)的主動(dòng)調(diào)節(jié)，以保持密封處于良好的工作狀態(tài)下。

Wolff等[15]開(kāi)發(fā)了一種用于液氧渦輪泵上的具有主動(dòng)控制功能的機(jī)械密封。將一個(gè)密封環(huán)安裝在壓電晶體上，調(diào)整施加在壓電晶體上的電壓來(lái)改變錐角，實(shí)現(xiàn)對(duì)密封靜壓效應(yīng)的改變，從而起到明顯的調(diào)節(jié)效果。其以熱電偶測(cè)得的溫度作為反饋量，形成了閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)表明這一控制系統(tǒng)可以賦予密封良好的抵御擾動(dòng)能力。

Green[16]對(duì)機(jī)械密封的故障診斷及在其基礎(chǔ)上開(kāi)展的主動(dòng)控制做了非常詳細(xì)的闡述。在故障診斷上提出了“三種表征”——波形、功率譜和角位移軌道，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)控制浮動(dòng)環(huán)背部壓力的方法對(duì)機(jī)械密封進(jìn)行主動(dòng)調(diào)節(jié)。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果示意圖如圖2[16]所示。

張國(guó)淵等[17-18]研究了通過(guò)磁力加載進(jìn)行主動(dòng)調(diào)控的高速渦輪泵軸端機(jī)械密封，提出了系統(tǒng)的機(jī)械密封主動(dòng)控制設(shè)計(jì)方法，并在密封實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上開(kāi)展了主動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明其控制手段具有良好的效果，且控制理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以較好地吻合。

現(xiàn)有的渦輪泵機(jī)械密封動(dòng)力學(xué)研究成果中，主要集中在機(jī)械密封單獨(dú)的一般動(dòng)力學(xué)方面，機(jī)械密封與軸系動(dòng)力學(xué)的相互影響已開(kāi)始得到研究，并已經(jīng)形成了一些通過(guò)線性模型實(shí)現(xiàn)耦合的方法。此外，已有多種采用主動(dòng)控制影響渦輪泵機(jī)械密封動(dòng)力學(xué)特性的研究報(bào)道，這無(wú)疑是一種值得關(guān)注的技術(shù)手段，但其實(shí)際的調(diào)控能力以及在機(jī)械密封結(jié)構(gòu)中加裝調(diào)控設(shè)備的影響尚不明確。

2 渦輪泵機(jī)械密封端面潤(rùn)滑與摩擦磨損

機(jī)械密封的工作性能和可靠性與其端面潤(rùn)滑狀態(tài)和摩擦磨損相關(guān)。渦輪泵運(yùn)行工況條件苛刻，機(jī)械密封端面的潤(rùn)滑與摩擦磨損會(huì)表現(xiàn)出一定的特殊性。由于極高的摩擦線速度、極高(或極低)的介質(zhì)溫度(影響變形、相變、材料性能等)等因素，渦輪泵機(jī)械密封中的摩擦作用非常復(fù)雜，若設(shè)計(jì)、制造、維護(hù)和使用不當(dāng)，可能導(dǎo)致機(jī)械密封迅速耗損，可靠性下降。野坂正隆等[19]在液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪泵中，采用了超低溫下不發(fā)生變形的密封結(jié)構(gòu)形式，并在密封上安裝了防止靜環(huán)振動(dòng)用的氟塑料防振器，從而獲得穩(wěn)定的密封性能，并進(jìn)行了預(yù)負(fù)荷對(duì)密封性能的影響和密封耐久性試驗(yàn)。野坂正隆等[20]進(jìn)一步研究了渦輪泵機(jī)械密封的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和靜態(tài)泄漏特性，并根據(jù)由密封面的磨損形狀測(cè)得的傾斜量來(lái)闡明轉(zhuǎn)矩和靜態(tài)密封性能的穩(wěn)定條件，同時(shí)測(cè)量機(jī)械密封高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦損失功耗，研究密封面的推力，闡明運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)動(dòng)態(tài)密封性能的穩(wěn)定條件。鈴木峰男等[21]開(kāi)展了液氧渦輪泵軸密封的密封性能與耐久性的實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)表明密封系統(tǒng)中機(jī)械端面密封在16500r/min的高轉(zhuǎn)速下工作7000s的磨損深度不到10μm，滿足使用要求。

張淑敏等[22]采用有限元方法分析了超高速燃?xì)鉁u輪泵機(jī)械密封(見(jiàn)圖3[22])，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。他們將密封環(huán)最高溫度和最大應(yīng)力作為校核的準(zhǔn)則，計(jì)算結(jié)果表明即使轉(zhuǎn)速高達(dá)100000r/min密封仍能正常工作，并在其實(shí)驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

張嘉禾等[23]針對(duì)受限空間下需要密封兩種介質(zhì)的超高速密封工況提出了一種新的機(jī)械密封形式。他們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)械密封裝置由兩個(gè)獨(dú)立的機(jī)械密封組成，兩者之間充滿冷卻水。數(shù)值模擬結(jié)果表明，在轉(zhuǎn)速為50000r/min的超高速下，以10L/min的冷卻水流量可將密封裝置的最高溫度降到107℃，并且與冷卻水接觸的界面上溫度均在100℃以下，不會(huì)發(fā)生冷卻水的汽化。張樹(shù)強(qiáng)等[24]建立了渦輪泵用機(jī)械密封的二維穩(wěn)態(tài)傳熱數(shù)值模型。利用該模型對(duì)密封端面的溫度分布等一系列熱系統(tǒng)問(wèn)題進(jìn)行了參數(shù)研究，并發(fā)現(xiàn)在高參數(shù)工況下密封端面極容易發(fā)生液膜汽化，而采用高導(dǎo)熱系數(shù)的摩擦副材料可以有效避免這一問(wèn)題產(chǎn)生。

江志斌等[25]就已有的高速高壓機(jī)械密封的摩擦副材料選擇方法進(jìn)行了小結(jié)。在高速高壓下，摩擦面局部瞬間溫度有時(shí)可達(dá)幾百攝氏度，從而對(duì)摩擦副材料提出了導(dǎo)熱性、熱硬性和自潤(rùn)滑性的要求，并且需要從材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上避免熱變形。

為適應(yīng)密封向高速化方向發(fā)展的需求，減低密封的摩擦磨損，非接觸式的機(jī)械密封逐漸被廣泛應(yīng)用于渦輪泵。美國(guó)等研發(fā)出了專用于液氫液氧渦輪泵上的非接觸式機(jī)械密封[26]。

Dirusso[27]研究了一種用于渦輪泵的螺旋槽干氣密封。分析表明，通過(guò)在有限的空間范圍內(nèi)對(duì)螺旋槽的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，可以使密封工作在非接觸狀況下，得到優(yōu)化設(shè)計(jì)后的膜厚和承載能力。如圖4，Glienicke等[28]對(duì)高壓、高速下的多種端面槽形(螺旋槽、T形槽、V形槽等)的表現(xiàn)進(jìn)行了數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究，表明了在高壓、高速下在端面形成穩(wěn)定的全膜潤(rùn)滑以消除接觸是可行的。Zheng等[29]在上述研究的基礎(chǔ)上提出了一種大直徑并且流體膜具有高角向剛度的渦輪泵機(jī)械密封(見(jiàn)圖5[29])。其動(dòng)環(huán)采用如圖5所示的雙螺旋槽，靜環(huán)則開(kāi)出通槽并設(shè)置小孔。他們對(duì)該密封的泄漏和動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了數(shù)值模擬，驗(yàn)證了其性能達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。

Young等[30]分析了采用激光加工出端面波度的碳化硅密封環(huán)在高速(轉(zhuǎn)速最高達(dá)5550r/min)高壓(壓力最高達(dá)20.9MPa)下的表現(xiàn)，研究結(jié)果表明該密封性能優(yōu)秀。盡管其并非用于渦輪泵，但由于有類似的工況，仍對(duì)渦輪泵機(jī)械密封設(shè)計(jì)具有參考價(jià)值。Berard等[31]對(duì)大直徑自適應(yīng)雙向旋轉(zhuǎn)螺旋槽進(jìn)行了分析和改進(jìn)，在密封環(huán)下方安裝耐高溫永磁體以避免起動(dòng)和停車過(guò)程中的接觸。

劉忠等[32]針對(duì)不同黏度的低溫工作介質(zhì)對(duì)雙螺旋槽密封進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化。結(jié)果表明，介質(zhì)黏度不同時(shí)，最優(yōu)設(shè)計(jì)有明顯的差異。低溫工作介質(zhì)是渦輪泵密封中常遇到的情況(液氧、液氫等)，因而這一工作具有借鑒意義。陳杰等[33]對(duì)用于液氧/煤油發(fā)動(dòng)機(jī)的非接觸式螺旋槽密封的性能進(jìn)行了數(shù)值分析，并以最大化氣膜剛度為目標(biāo)對(duì)密封的幾何參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。理論研究結(jié)果得到了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

趙偉剛等[34]對(duì)用于液氧泵的動(dòng)靜壓混合式密封的關(guān)鍵技術(shù)——進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，包括介質(zhì)選擇和端面幾何參數(shù)優(yōu)化，并提出了較優(yōu)的參數(shù)范圍。

總體而言，已有很多研究人員開(kāi)展了渦輪泵機(jī)械密封潤(rùn)滑機(jī)理和摩擦磨損問(wèn)題的研究，在密封的傳熱、變形、材料匹配、端面槽形等方面獲得較為豐富的研究成果。為進(jìn)一步研究渦輪泵機(jī)械密封的性能演化和可靠性等重要內(nèi)容，尚需在密封混合潤(rùn)滑和邊界潤(rùn)滑、密封端面磨損規(guī)律及其與密封表面形貌之間的關(guān)聯(lián)等方面繼續(xù)開(kāi)展研究。

3 渦輪泵機(jī)械密封的靜態(tài)慢滲

與常見(jiàn)的泵用機(jī)械密封相比，渦輪泵機(jī)械密封工作特點(diǎn)之一是經(jīng)常處于帶壓長(zhǎng)期貯存狀態(tài)，在此過(guò)程中，密封常發(fā)生隨貯存時(shí)間增長(zhǎng)而泄漏異常的狀況，在某些場(chǎng)合下可能帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。

Lebeck[35-36]考慮機(jī)械密封端面的波度、錐度和粗糙度，建立了機(jī)械密封泄漏模型。孫見(jiàn)君等[37]基于分形理論建立了泄漏通道模型。這些泄漏模型對(duì)于一般的機(jī)械密封提出，尚不足以準(zhǔn)確描述渦輪泵機(jī)械密封長(zhǎng)時(shí)間靜壓貯存的慢滲現(xiàn)象。包超英[2]將多孔介質(zhì)模型應(yīng)用于密封環(huán)，從而建立起了滲漏模型，這個(gè)模型中并未考慮長(zhǎng)期貯存的時(shí)間效應(yīng)。

針對(duì)渦輪泵機(jī)械密封特有的長(zhǎng)時(shí)間貯存問(wèn)題，吳勛等考察了作為靜壓慢滲失效主要因素的密封環(huán)變形問(wèn)題，對(duì)安裝在靜環(huán)座上的石墨靜環(huán)在多種工況下的變形進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。研究表明長(zhǎng)期靜壓貯存會(huì)導(dǎo)致石墨環(huán)端面產(chǎn)生較大的波度和錐度，從而使泄漏量增大[38]。隨后進(jìn)一步開(kāi)展了有限元仿真研究，并進(jìn)行了可靠性分析，得到了不同貯存時(shí)間之后密封組件應(yīng)力-應(yīng)變和石墨環(huán)變形結(jié)果[39-40]。

白東安等[41]研究了渦輪泵機(jī)械密封的泄漏量超標(biāo)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性的影響。在模擬計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，得出試車過(guò)程可以減小密封組件變形，從而減少泄漏量的結(jié)論。

上述研究對(duì)渦輪泵機(jī)械密封發(fā)生靜態(tài)慢滲的機(jī)理及其主要影響因素進(jìn)行了初步分析。但總體而言，相關(guān)研究還非常少，慢滲機(jī)理還遠(yuǎn)未研究清楚，亟須開(kāi)展深入研究。

4 總結(jié)與展望

1)機(jī)械密封動(dòng)力學(xué)方面的現(xiàn)有研究成果盡管尚不豐富，但基本揭示了高速軸系中機(jī)械密封動(dòng)力學(xué)的關(guān)鍵問(wèn)題所在，即軸系動(dòng)力學(xué)與機(jī)械密封動(dòng)力學(xué)發(fā)生耦合。一些在一般機(jī)械密封動(dòng)力學(xué)中無(wú)需考慮的問(wèn)題(如徑向位移等)需要被納入耦合系統(tǒng)中加以考慮?，F(xiàn)有的模型通過(guò)線性化處理，以簡(jiǎn)化的方式初步實(shí)現(xiàn)了耦合。未來(lái)有望采用非線性方法進(jìn)行耦合以建立更準(zhǔn)確的耦合模型，并為研究多種非線性現(xiàn)象(例如裂紋、軸承游隙、密封氣膜剛度等)提供可能。此外，通過(guò)在機(jī)械密封原本的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)上附加額外的主動(dòng)控制，人或智能控制系統(tǒng)介入機(jī)械密封的動(dòng)力學(xué)行為將成為可能。但從目前情況來(lái)看，控制系統(tǒng)的性能，包括存在對(duì)密封原有性能的犧牲仍待評(píng)估。

2)在渦輪泵機(jī)械密封的潤(rùn)滑和摩擦磨損方面，已有較多研究，在密封的傳熱、變形、材料匹配、端面槽形等方面獲得了較為豐富的研究成果。后續(xù)研究一方面有望在密封混合潤(rùn)滑和邊界潤(rùn)滑問(wèn)題上取得進(jìn)一步的成果，這將對(duì)機(jī)械密封在極小膜厚運(yùn)行的工況給出更準(zhǔn)確的解釋；另一方面密封端面磨損規(guī)律與密封表面形貌之間有望建立關(guān)聯(lián)，這將為機(jī)械密封的可靠性評(píng)估提供堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)。

3)靜態(tài)慢滲問(wèn)題是渦輪泵機(jī)械密封的特有問(wèn)題，但對(duì)渦輪泵機(jī)械密封的實(shí)際使用性能影響巨大?，F(xiàn)有的研究成果對(duì)其發(fā)生機(jī)理和影響因素進(jìn)行了一定分析，但目前研究成果還非常少，且其機(jī)理還遠(yuǎn)未研究清楚，亟須開(kāi)展深入研究。

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AReviewofMechanicalFaceSealinRocketTurbopump

YINYuan1,LIAOChuan-jun2,WANGZhi-feng3,PENGXu-dong4,HUANGWei-feng1,LIUXiang-feng1,LIUYing1

(1.StateKeyLaboratoryofTribology,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China;2.BeijingInstituteofAstronauticalSystemsEngineering,Beijing100076,China;3.BeijingResearchInstituteofPreciseMechanicalandElectronicControlEquipment,Beijing100076,China;4.CollegeofMechanicalEngineering,ZhejiangUniversityofTechnology,Hangzhou310032,China)

V19

A

2096-4080(2017)03-0054-07

2017-05-23；

2017-07-04

國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題(2015BAA08B02)

尹源(1993-)，男，博士，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械密封。E-mail：thuyinyuan@126.com