機械密封的發(fā)展歷程及研究動向簡述

摘#8195;要 隨著機械工業(yè)的高速發(fā)展，機械密封行業(yè)受到業(yè)界普遍關(guān)注，成為機械工業(yè)發(fā)展的急需突破的課題之一。本文從綜述機械密封在國內(nèi)外的發(fā)展歷程出發(fā)，介紹了機械密封行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)況，并對機械密封的研究動向做了分析。

關(guān)鍵詞 機械密封，端面密封，密封機理，密封潤滑

中圖分類號 TH 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)031-0205-01

機械密封，也稱為端面密封，是靠一對以上垂直于同一旋轉(zhuǎn)軸線作相對滑動的端面，在流體壓力和補償機構(gòu)的彈力（或磁力）作用下保持貼合，并配以輔助密封配合下保持貼合并相對滑動，而達到限制工作流體沿轉(zhuǎn)軸泄露的、無填料的軸封裝置。機械密封的主要作用是將容易泄露的軸向密封改為難以泄露的端面密封，這也是機械密封的設計總

原理。

1 機械密封產(chǎn)生及發(fā)展過程

機械密封作為一種旋轉(zhuǎn)軸密封，最早出現(xiàn)于1885年英國的發(fā)明專利中，19世紀初在歐洲，簡單的機械密封被作為軸承密封應用于工業(yè)領(lǐng)域，此時機械密封的使用參數(shù)很低，對密封件的要求不高，由于機械密封具有明顯的先進性，逐漸被運用于冷凍設備和內(nèi)燃機離心泵的關(guān)鍵機構(gòu)中。直到19世紀中期，伴隨著石油化工行業(yè)的發(fā)展和新材料石墨、陶瓷、硬質(zhì)合金等的出現(xiàn)，機械加工技術(shù)對表面質(zhì)量控制的提高，提高了使用可靠性和壽命。從而使機械密封得到推廣和普及，并重新應用到石油化工生產(chǎn)領(lǐng)域中，實現(xiàn)了機械的平衡型密封。

雖然機械密封在19世紀初就已經(jīng)出現(xiàn)，但實現(xiàn)飛躍性的發(fā)展，還是在最近60年的時間內(nèi)，機械密封的不同結(jié)構(gòu)、品種、規(guī)格發(fā)展得異常迅速，很快地在通用工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應用。機械密封之所以能得到快速發(fā)展主要是工業(yè)發(fā)展速度和生產(chǎn)過程的需求。二戰(zhàn)后核工業(yè)和航天工業(yè)的發(fā)展，在結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)了許許多多的新型密封技術(shù)，例如流體靜壓密封、流體動壓密封和多級密封，還有螺旋-機械組合密封、中間浮動環(huán)密封、浮環(huán)-機械組合密封、熱流體動力楔機械密封和上游泵送機械密封等。近30年來隨著全球環(huán)境污染加重，人們環(huán)保意識的提高，研制出了“零泄漏”機械密封技術(shù)。

我國的機械密封工業(yè)化生產(chǎn)起步較晚，20世紀60年代沈陽水泵廠和天津機械密封件廠開始生產(chǎn)泵用機械密封件。在20世紀70年代我國才陸續(xù)開始制定和頒布機械密封行業(yè)標準，1993年我國頒布了第一部真正意義上的機械密封國標，即“GB/T14211-1993機械密封試驗方法”，1999年修訂了“機械密封技術(shù)條件”和“機械密封分類方法”，現(xiàn)行的機械密封標準有6部，為機械密封產(chǎn)品的標準化發(fā)展提供了依據(jù)和保證。隨著我國機械制造業(yè)的發(fā)展，尤其是近年來引進了大量先進的成套石油化工工藝裝備，為機械密封備品備件實現(xiàn)國產(chǎn)化提供了保證。同時國內(nèi)也引進了一些國外的先進制造技術(shù)，并相繼合資建立了多家機械密封制造研發(fā)企業(yè)，從根本上使我國機械密封產(chǎn)品在設計、材料選用、生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)范圍都有了很大的進步。據(jù)行業(yè)內(nèi)不完全統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2011年全機械密封行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值為772.71億元，全年產(chǎn)銷等主要指標同比增速在15%左右，行業(yè)整體運行質(zhì)量進一步得到改善。

2 機械密封機理研究進展

對于機械密封而言，從它的出現(xiàn)到高度發(fā)展已有上百年的歷史，研究者從自身的學科或?qū)I(yè)領(lǐng)域出發(fā)進行了廣泛的探索及提出假設或獲得的結(jié)論，但至今機械密封機理仍然沒有一個為人們所認同的完整的密封理論。

目前，在學術(shù)方面，對于機械密封形成密封作用的假說基本上形成了兩類，即表面張力假說和粘滯力假說。兩大假設都是利用液體本身的粘度或利用液體的表面張力來密封，都是基于液體分子間的相互作用力。表面張力假說認為：端面間的密封主要是通過表面張力作用實現(xiàn)，并有少量突起部分存在直接接觸。同時粘滯假說也持不同的觀點認為：粘滯力（主要是指液體和固體表面的附著力）要在間隙為納米級或更小時才起作用，在微米級的密封間隙中不起作用；粘滯是一種動力學的特征，而在密封處于零泄漏時，徑向是沒有動力學過程的。研究人員都在機械密封機理方面做了大量的工作以支持自己的結(jié)論，并從反面論證了表面對立學說的局限性。近年來對該領(lǐng)域的研究主要側(cè)重于新技術(shù)的開發(fā)和應用，對于機理的方面的研究已鮮有文章發(fā)表。

3 機械密封的技術(shù)現(xiàn)狀

1）通用工業(yè)的機械密封技術(shù)：①推壓型機械密封和非推壓型機械密封；②平衡型機械密封和非平衡型機械密封；③單端面機械密封、無壓雙重機械密封和有壓雙重機械密封；④內(nèi)裝式機械密封和外裝式機械密封；⑤旋轉(zhuǎn)式機械密封和靜止式機械密封；⑥單彈簧機械密封和多彈簧機械密封。

2）特殊領(lǐng)域里的新型密封技術(shù)：①密封面開槽密封技術(shù)：在機械密封的密封端面上開了各種各樣的流槽，以產(chǎn)生流體靜、動壓效應，現(xiàn)在還在不斷更新。零泄漏密封技術(shù)過去總認為接觸式和非接觸式機械密封不可能達到零泄漏（或無泄漏）；②波紋管密封技術(shù)，主要分為成型金屬波紋管和焊接金屬波紋管兩種密封技術(shù)；③多端面密封技術(shù)分為雙密封、中間環(huán)密封、多密封技術(shù)。另外還有平行面密封技術(shù)、監(jiān)控密封技術(shù)、組合密封技術(shù)等。

4 機械密封技術(shù)的研究動向

機械密封的應用領(lǐng)域涉及到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航空航天、國防科教等諸多領(lǐng)域，雖然機械密封產(chǎn)品在裝配設備中，僅屬于小型部件，但是隨著設備微型化及性能的最優(yōu)化發(fā)展趨勢，為了改善設備的密封性能，便于機械密封元件的安裝使用，要求某些機械密封零部件與設備中某些零部件融合在一起，為了實現(xiàn)各種形式使用要求，多端面、組合密封已成為機械密封技術(shù)的主導產(chǎn)品，標準化的卡式（或集裝式）結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)設計和生產(chǎn)方面研究的重要方向。

綜上所述，機械密封技術(shù)是一個正在發(fā)展中的技術(shù)，并完全依賴于材料科學和機械加工制造領(lǐng)域的發(fā)展，機械密封技術(shù)的研究要隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，揭示機械密封有關(guān)規(guī)律，提高機械密封技術(shù)的創(chuàng)新能力，加大對新興高分子材料的研究并實現(xiàn)技術(shù)的高效轉(zhuǎn)化，加快實現(xiàn)機械密封產(chǎn)品的高參數(shù)、長周期、高安全強化密封集成等技術(shù)的實質(zhì)性發(fā)展。

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