孫彥清 劉 芳 韓立軍

淺談接觸式機械密封基本性能研究進展

孫彥清 劉 芳 韓立軍

（沈陽理工大學 遼寧沈陽 110159）

隨著科技的發(fā)展，我國機械制造業(yè)實現(xiàn)了跨越式發(fā)展，其中普遍應(yīng)用的接觸式機械密封裝置的進步也極為顯著。接觸式機械密封有著密封性強、端面摩擦低性特點，這對機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、泄漏特性進行了研究，也提出了目前研究需要加強的幾點，最后分析了未來機械密封基本性能研究趨勢。

接觸式機械密封；端面摩擦；泄漏特性；研究趨勢

前言：

機械密封是一種較為常見的軸封裝置，例如反應(yīng)釜、壓縮機、離心泵、離心機等等都是軸封裝置。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、后期的維護成本很低，但卻有著良好的穩(wěn)定性和密封性。因此，對機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

在機械密封領(lǐng)域，端面摩擦問題一直是該領(lǐng)域的熱點，其主要有三個方面的研究。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，因為這些參數(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。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械密封的穩(wěn)定性、延長其使用壽命。這三個方面基本就是端面摩擦特性研究中最為重要的，在對這三點進行研究中也需要注意細節(jié)，以保證數(shù)據(jù)的準確性，最終實現(xiàn)性能的體現(xiàn)。

2.泄漏特性研究

因為科學技術(shù)的提高，用于接觸式機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。但是，在工業(yè)的實際生產(chǎn)中，接觸式機械密封也存在著失效的情況，這種情況所造成的影響很嚴重。簡單說，造成了物料的浪費，能源的流失，而且如果情況嚴重還可能造成爆炸、燃燒等特別嚴重的后果，因此對泄漏特性進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，當整個機械密封系統(tǒng)的泄漏量超標時，即可認為此系統(tǒng)已經(jīng)失效。

3.目前研究需要加強的幾點

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

第一：加強對接觸式機械密封研究整體性。就目前來看，現(xiàn)在研究基本沒有對機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致端面相互接觸程度變化沒有得到足夠的重視，另外，動靜環(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；

第二：完善密封界面泄漏通道模型。組成密封界面的兩個表面均存在微凸體和空隙，具有無序和隨機的特征，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確的，還需要從系統(tǒng)的角度進行研究；

第三：對密封界面間流體的流動規(guī)律描述應(yīng)用合適的模型。目前已開展了流動影響因素的相關(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，而是流體的流動特性由于密封面微凸，其分布是無序，隨機分布的。這個結(jié)果導致流體的泄漏量計算可能產(chǎn)生誤差，因此對密封界面間流體的流動規(guī)律描述應(yīng)用合適的模型很重要。

4.未來機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的幾點，筆者認為針對這幾點今后機械密封基本性能研究趨勢的發(fā)展應(yīng)該包括以下三個方面。第一：機械密封泄漏特性以及摩擦考察要全面。因為在機械密封運轉(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，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，機械密封泄漏特性以及摩擦考察要全面，不能因片面的幾點就下定論。

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?shù)拿芊饨缑媪黧w流動模型。根據(jù)體積平均化(REV)動力學方程，進行空間平均，建立孔道內(nèi)的流體壓力、離心力和流動阻力之間的運動方程，與求解流動阻力的能量方程結(jié)合，得到密封界面中滿足微觀流動的控制方程。

總結(jié)：

綜上所述，為了多方面了解接觸式機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)從哪些方面對機械進行外部條件的改善，減少密封零件產(chǎn)生的摩擦損耗，從而達到增加機械的使用壽命以。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)問題之前進行更替，達到節(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，接觸式機械密封基本性能研究需要為工業(yè)生產(chǎn)的進步更加努力，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)計專業(yè)

劉芳（1996-）女，遼寧錦州人，高分子材料科學與工程專業(yè)

韓立軍（1996-）男，遼寧阜新人，機械電子工程專業(yè)

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1007-6344（2017）03-0295-01