高壓混相雷射臉淺槽機械密封潤滑狀态轉變特性是什麼?
近年來，受經濟社會發展對能源需求增加和陸上油氣資源短缺這一沖突影響，深海油氣田開發被提上日程，對于高性能海工平台裝置需求愈加緊迫，極大促進了多相混輸工藝的發展。
作為多相混輸工藝的關鍵裝置，混輸泵的性能優劣直接影響油氣開發及輸送效率，機械密封是影響混輸泵性能的關鍵基礎部件，決定其運作效率和使用壽命。
非接觸式機械密封受密封端面流體膜産生的動壓效應，動靜環始終處于非接觸狀态，而接觸式機械密封在運作過程中動靜環始終處于接觸狀态，但機械密封在實際應用中，還存在一種介于接觸式密封和非接觸式密封之間的狀态，即動靜環之間存在液膜開啟力，但不能使端面完全分離。
機械密封運作過程中，其潤滑狀态是影響密封性能的關鍵，通過研究各種密封件及軸承水準及傾斜滑動，證明在有液體存在下，密封端面間存在強載荷支撐機制，Kacou等對比了不同形狀淺槽及不同粗糙度下機械密封的潤滑及摩擦狀态，證明槽區面積及表面粗糙度是影響潤滑效果的關鍵。
械密封的潤滑狀态轉變的研究則較少，在密封裝置中，機械密封微接觸運作狀态在裝置啟停、快變升速等過程中則較為常見。
針對雷射臉槽微接觸式機械密封，通過求解混相穩态平均雷諾方程，通過聯立M-B分形接觸模型，計算求解粗糙峰接觸壓力，探究雷射臉槽的微接觸密封端面潤滑狀态發展情況，并通過最大微凸體接觸狀态和液膜承載系數進一步對混合潤滑狀态進行分級，并研究機械密封工況參數、機械密封端面槽型結構參數對密封端面潤滑特性及開啟性能的影響，為微接觸式密封設計優化提供理論參考。
雷射臉槽型微接觸式機械密封端面結構，外徑高壓，内徑低壓，機械密封旋轉時，引流槽（矩形槽）會将高壓側油氣混合媒體引入密封端面，密封端面會産生微米級的流體膜，在動壓效應和靜壓效應的作用下，流體會在回流槽（弧形槽）聚集，出現高壓區。
而形成較大的液膜力将密封端面分離，而高壓區形成的流體剪切力阻止了密封媒體的洩漏，在密封端面分離過程中微凸體接觸力變小，膜厚逐漸增大，出現混相流體膜潤滑狀态的轉變。
油氣混輸泵内流體組成複雜，油氣兩相混合媒體的物性特征是影響流體膜承載特性及密封穩定性的關鍵，為便于模組化分析，本研究中将油氣兩相混合媒體簡化為純物質的液相和純物質的輕質氣相的混合物，混輸媒體的物性參數可由容積比權重确定，混相密度ρ、混相流體黏度μ、混相流體熱導率k以及混相流體普朗特數Pr由式1計算。
對于微接觸式機械密封，動靜環端面間液膜厚度與表面粗糙度為同一數量級，混相微接觸式機械密封的流體膜受機械密封動靜環表面粗糙度影響較大，故為近似拟合機械密封端面薄膜膜厚分布情況，需要考慮機械密封端面的粗糙度特性，動靜環表面存在随機分布的粗糙峰，為準确描述密封端面的粗糙度特征。
雷射臉槽微接觸式機械密封動靜環端面間的間隙是凹凸不平的，液膜也是連續非均勻的，為準确計算機械密封端面間的液膜力、洩漏量以及潤滑狀态等必須考慮實際的密封端面表面粗糙度的影響。
現有研究中一般通過流體液膜承載比K将潤滑狀态劃分為流體潤滑、混合潤滑以及接觸潤滑，并進一步利用相對膜厚λ=/h來判斷接觸潤滑是處于邊界摩擦潤滑狀态還是幹摩擦潤滑狀态[37]，但是對混相微接觸式機械密封的混合潤滑狀态并沒有具體的分級。
随着航空航天、海上油氣混輸平台的發展，混合潤滑機械密封使用的頻率越來越高，為更好的利用機械密封潤滑狀态對機械密封使用壽命進行定性預測，亟需進一步對混合潤滑狀态進行進一步分級。
通過研究确定了混相微接觸式機械密封混合潤滑狀态的分級方法，為密封可靠性提升與性能優化提供依據，aL=aec時得到微凸體接觸力Fcon1，當密封處于力平衡時的液膜承載比為：opencon1h1openFFKFaL=apc時得到微凸體接觸力Fcon2，當密封處于力平衡時的液膜承載比為：opencon2h2openFFKF
是以，将混相微接觸式機械密封潤滑狀态分級為：KhKh2時流體膜處于塑性混合潤滑狀态。
基于考慮流量因子的平均雷諾方程和考慮粗糙度效應的膜厚分布方程以及微凸體分形接觸理論，建立了考慮粗糙度的混相微接觸式雷射臉淺槽機械密封潤滑接觸模型，并驗證了模型及數值求解的準确性。
通過分形接觸理論中的最大微凸體接觸面積判斷微凸體接觸狀态，并求解不同微凸體接觸狀态轉變時的液膜承載系數，通過求解得到的液膜承載系數對混相微接觸機械密封混合潤滑狀态進行了分級，将混相微接觸機械密封混合潤滑分為彈性混合潤滑狀态、彈塑性混合潤滑狀态以及塑性混合潤滑狀态。
