机械密封作为旋转机械中重要的部件,可以实现防止机械设备内介质从从转轴间泄漏,是一种动态密封装置。在某些工况条件严苛的地方(如海底),机械密封的寿命需要覆盖整个设备的设计使用周期,使用期间因为条件所限不便于更换和维修。因此,机械密封设计需要自满足密封性的前提下保证使用寿命达到要求。本文针对该目标,进行了耐高压机械密封的密封结构的设计,并提出了可控可调节的设计方案。具体为:当机械密封的弹簧弹力不足,密封环磨损严重而导致密封失效时,能够主动补充不足的端面比压,持续的保证密封性能,针对所设计的机械密封,搭建了高压试验台,并进行了试验研究。本文开展了以实验为主的研究,主要包含以下内容:(1)设计并搭建了机械密封试验台。可用于不同压力不同转速下机械密封密封性能的试验研究。通过改变螺栓的旋进度来改变弹簧比压,进而使密封端面的端面比压发生变化,来验证以端面比压为反馈信号来通过改变弹簧旋进度的可控式机械密封的可行性。(2)借助于试验台,测试了YT5钨钢、氧化锆、碳化硅、碳石墨四种材料组成摩擦副的磨损性能,获得四种材料的磨损量和摩擦系数与转速、端面载荷的关系。测试了四种材料的硬度,并进一步结合微观机制探讨端面摩损机理。通过PV值来定量反映端面磨损的情况,最终总结了密封环硬软搭配的作用机制。(3)结合理论分析和试验结果,研究了平衡式机械密封中弹簧比压及径向锥度对机械密封密封性能的影响,为设计以端面比压为反馈信号,可调节弹簧比压的可控机械密封结构打下理论基础。