地球深部探测是新世纪我国赶超世界科技先进水平的重大计划，对解决资源、能源、环境问题具有十分重要意义。全金属耐高温井下马达是开展深地高温高压环境下钻探工程的关键装备之一，金属定子、转子之间的硬面滑动接触所带来的磨损是其性能衰退和寿命短的关键因素。

针对上述问题，我校工程技术学院博士研究生高玉林在王瑜教授指导下，创新性地提出了一种金属滚柱径向动态密封结构，旨在通过将常规密封的滑动接触转化为滚动摩擦以降低磨损并提高工作性能，围绕该动态密封机制，建立了泄露模型和输出特性模型，对该结构参数进行了理论优化，并对结构原理进了验证，为金属马达研发提供了创新思路。创新点包括：

（1）  基于金属滚柱径向动密封结构，采用流体力学基本理论，建立滚柱动密封运动过程、流固耦合模型，优选出保障滚动动密封高效运行的最优结构参数，从而实现马达的高效稳定运行。

（2）  构建动密封中滚柱与转子、定子侧壁之间的间隙泄漏数学模型，结合计算流体动力学（CFD）仿真，定量揭示出：密封泄漏量与间隙高度及压差呈正比关系，与钻井液粘度呈反比关系，且转速对泄漏影响可忽略不计。此外，仿真结果表明滚柱—转子间泄漏略大于滚柱—侧壁间泄漏，为后续设计提供了关键依据。

（3）  通过马达滚动密封结构的输出特性理论模型得出：马达输出扭矩与定转子配合精度正相关，输出扭矩较大可满足高效破岩需求，原理样机试验也验证了其结构具有良好的可行性，可为新型井下驱动机构研发提供了新的技术思路。

图1 叶片马达径向动密封工作原理示意图

图2 叶片马达工作过程滚柱受力与结构参数优选分析图

图3 滚柱径向动密封间隙泄漏数值与仿真结果

图4 叶片马达动密封结构的输出特性图

该研究得到了国家自然科学基金（42172342）的支持，成果发表于石油工程领域国际权威期刊《SPE Journal》上：Yulin Gao, Yu Wang^* , Zhipeng Ma, et al. Study on the Working Characteristics of Dynamic Seal of Volumetric Metal Blade Motor. SPE Journal, 2025: 1-19, SPE-226221-PA, [IF2024=3]

全文链接：https://doi.org/10.2118/226221-PA