淺談接觸式機(jī)械密封基本性能研究進(jìn)展

孫彥清 劉 芳 韓立軍

淺談接觸式機(jī)械密封基本性能研究進(jìn)展

孫彥清 劉 芳 韓立軍

（沈陽理工大學(xué) 遼寧沈陽 110159）

隨著科技的發(fā)展，我國機(jī)械制造業(yè)實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，其中普遍應(yīng)用的接觸式機(jī)械密封裝置的進(jìn)步也極為顯著。接觸式機(jī)械密封有著密封性強(qiáng)、端面摩擦低性特點(diǎn)，這對機(jī)械的壽命有很大提高，而且基本不會因泄漏帶來不必要的損失。文章對端面摩擦特性、泄漏特性進(jìn)行了研究，也提出了目前研究需要加強(qiáng)的幾點(diǎn)，最后分析了未來機(jī)械密封基本性能研究趨勢。

接觸式機(jī)械密封；端面摩擦；泄漏特性；研究趨勢

前言：

機(jī)械密封是一種較為常見的軸封裝置，例如反應(yīng)釜、壓縮機(jī)、離心泵、離心機(jī)等等都是軸封裝置。這些裝置被應(yīng)用的范圍及其廣泛，如石油化工、航天、船舶、軍事等。相對于其他軸封裝置，機(jī)械密封裝置應(yīng)用較為普遍，原因很簡單其制造方法方便、結(jié)構(gòu)相對簡單、后期的維護(hù)成本很低，但卻有著良好的穩(wěn)定性和密封性。因此，對機(jī)械密封的基本性能的研究就顯得很有意義。

1.端面摩擦特性研究

在機(jī)械密封領(lǐng)域，端面摩擦問題一直是該領(lǐng)域的熱點(diǎn)，其主要有三個(gè)方面的研究。第一：摩擦特性參數(shù)，其對減少磨損、改善摩擦性能有著很大的意義，因?yàn)檫@些參數(shù)可以明確磨損過程中的規(guī)律，這對摩擦特性的掌握是最為明顯的表現(xiàn)。工況參數(shù)、摩擦系數(shù)、磨損率這三個(gè)參數(shù)是最為主要的表征參數(shù)。第二：表面形貌的影響及其表征，在密封端面有很多微凸體，這些微凸體是端面磨損的原因。表面形貌是怎樣影響端面的，如何表征粗糙表面的內(nèi)在規(guī)律是研究的重點(diǎn)。第三：端面材料配對，正確選擇密封端面配對材料，在一定程度上可以保證機(jī)械密封的穩(wěn)定性、延長其使用壽命。這三個(gè)方面基本就是端面摩擦特性研究中最為重要的，在對這三點(diǎn)進(jìn)行研究中也需要注意細(xì)節(jié)，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，最終實(shí)現(xiàn)性能的體現(xiàn)。

2.泄漏特性研究

因?yàn)榭茖W(xué)技術(shù)的提高，用于接觸式機(jī)械密封的材料有了很大的改善，其壽命和密封可靠性也隨著增強(qiáng)。但是，在工業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)中，接觸式機(jī)械密封也存在著失效的情況，這種情況所造成的影響很嚴(yán)重。簡單說，造成了物料的浪費(fèi)，能源的流失，而且如果情況嚴(yán)重還可能造成爆炸、燃燒等特別嚴(yán)重的后果，因此對泄漏特性進(jìn)行研究就顯得很有意義。泄漏是失效最主要、最直接的表現(xiàn)形式，當(dāng)整個(gè)機(jī)械密封系統(tǒng)的泄漏量超標(biāo)時(shí)，即可認(rèn)為此系統(tǒng)已經(jīng)失效。

3.目前研究需要加強(qiáng)的幾點(diǎn)

通過以上端面摩擦特性研究以及泄漏特性研究，對接觸式機(jī)械密封的基本性能進(jìn)行了闡述，對今后的研究進(jìn)程也起到了一定的推動(dòng)作用。筆者認(rèn)為，為了更好更加深入研究應(yīng)該做好以下三點(diǎn)。

第一：加強(qiáng)對接觸式機(jī)械密封研究整體性。就目前來看，現(xiàn)在研究基本沒有對機(jī)械密封工作狀況的完善考量，其軸向力引起的密封端面彈塑性變形導(dǎo)致端面相互接觸程度變化沒有得到足夠的重視，另外，動(dòng)靜環(huán)磨損后彈簧載荷下降這方面也沒有得到充分研究，因此這兩方面需要加強(qiáng)；

第二：完善密封界面泄漏通道模型。組成密封界面的兩個(gè)表面均存在微凸體和空隙，具有無序和隨機(jī)的特征，相互接觸后形成密封界面間的通道，僅僅采用簡化的幾何模型描述是不準(zhǔn)確的，還需要從系統(tǒng)的角度進(jìn)行研究；

第三：對密封界面間流體的流動(dòng)規(guī)律描述應(yīng)用合適的模型。目前已開展了流動(dòng)影響因素的相關(guān)研究，建立了基于Navior-Stokers方程的修正模型。然而，密封端面間的流體泄漏通道，并非如大家所假設(shè)的一樣，而是流體的流動(dòng)特性由于密封面微凸，其分布是無序，隨機(jī)分布的。這個(gè)結(jié)果導(dǎo)致流體的泄漏量計(jì)算可能產(chǎn)生誤差，因此對密封界面間流體的流動(dòng)規(guī)律描述應(yīng)用合適的模型很重要。

4.未來機(jī)械密封基本性能研究發(fā)展趨勢

文章上面已經(jīng)說明了研究需要加強(qiáng)的幾點(diǎn)，筆者認(rèn)為針對這幾點(diǎn)今后機(jī)械密封基本性能研究趨勢的發(fā)展應(yīng)該包括以下三個(gè)方面。第一：機(jī)械密封泄漏特性以及摩擦考察要全面。因?yàn)樵跈C(jī)械密封運(yùn)轉(zhuǎn)中，密封界面的不斷磨損不但會引起其形貌的變化，使?jié)櫥瑮l件發(fā)生改變，影響摩擦磨損，還會改變泄漏通道的形狀、數(shù)量及分布，影響通道內(nèi)流體的流動(dòng)，從而使泄漏情況發(fā)生改變。很多因素都在影響密封界面摩擦、泄漏的情況，因此，機(jī)械密封泄漏特性以及摩擦考察要全面，不能因片面的幾點(diǎn)就下定論。

第二：優(yōu)化密封界面泄漏通道模型?；谟鉂B理論發(fā)現(xiàn)的平墊密封界面存在泄漏現(xiàn)象，為研究密封界面之間的泄漏通道問題提供了新的途徑。

第三：建立適當(dāng)?shù)拿芊饨缑媪黧w流動(dòng)模型。根據(jù)體積平均化(REV)動(dòng)力學(xué)方程，進(jìn)行空間平均，建立孔道內(nèi)的流體壓力、離心力和流動(dòng)阻力之間的運(yùn)動(dòng)方程，與求解流動(dòng)阻力的能量方程結(jié)合，得到密封界面中滿足微觀流動(dòng)的控制方程。

總結(jié)：

綜上所述，為了多方面了解接觸式機(jī)械密封在工作中因產(chǎn)生摩擦而發(fā)生的漏油情況變化 ，對其進(jìn)行深入研究是必須的。通過研究，可以發(fā)現(xiàn)從哪些方面對機(jī)械進(jìn)行外部條件的改善，減少密封零件產(chǎn)生的摩擦損耗，從而達(dá)到增加機(jī)械的使用壽命以。此外，還可以對密封件泄漏情況的預(yù)測掌握，這樣可以在零件出現(xiàn)問題之前進(jìn)行更替，達(dá)到節(jié)能減排、提高設(shè)備穩(wěn)定性、保障操作人員生命安全等等這些重要的目的。也可以這樣說，接觸式機(jī)械密封基本性能研究需要為工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)步更加努力，深入挖掘其真正意義。

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孫彥清（1997-）男，上海，工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)

劉芳（1996-）女，遼寧錦州人，高分子材料科學(xué)與工程專業(yè)

韓立軍（1996-）男，遼寧阜新人，機(jī)械電子工程專業(yè)

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1007-6344（2017）03-0295-01