浅谈接触式机械密封基本性能研究进展

孙彦清 刘 芳 韩立军

浅谈接触式机械密封基本性能研究进展

孙彦清 刘 芳 韩立军

（沈阳理工大学 辽宁沈阳 110159）

随着科技的发展，我国机械制造业实现了跨越式发展，其中普遍应用的接触式机械密封装置的进步也极为显著。接触式机械密封有着密封性强、端面摩擦低性特点，这对机械的寿命有很大提高，而且基本不会因泄漏带来不必要的损失。文章对端面摩擦特性、泄漏特性进行了研究，也提出了目前研究需要加强的几点，最后分析了未来机械密封基本性能研究趋势。

接触式机械密封；端面摩擦；泄漏特性；研究趋势

前言：

机械密封是一种较为常见的轴封装置，例如反应釜、压缩机、离心泵、离心机等等都是轴封装置。这些装置被应用的范围及其广泛，如石油化工、航天、船舶、军事等。相对于其他轴封装置，机械密封装置应用较为普遍，原因很简单其制造方法方便、结构相对简单、后期的维护成本很低，但却有着良好的稳定性和密封性。因此，对机械密封的基本性能的研究就显得很有意义。

1.端面摩擦特性研究

在机械密封领域，端面摩擦问题一直是该领域的热点，其主要有三个方面的研究。第一：摩擦特性参数，其对减少磨损、改善摩擦性能有着很大的意义，因为这些参数可以明确磨损过程中的规律，这对摩擦特性的掌握是最为明显的表现。工况参数、摩擦系数、磨损率这三个参数是最为主要的表征参数。第二：表面形貌的影响及其表征，在密封端面有很多微凸体，这些微凸体是端面磨损的原因。表面形貌是怎样影响端面的，如何表征粗糙表面的内在规律是研究的重点。第三：端面材料配对，正确选择密封端面配对材料，在一定程度上可以保证机械密封的稳定性、延长其使用寿命。这三个方面基本就是端面摩擦特性研究中最为重要的，在对这三点进行研究中也需要注意细节，以保证数据的准确性，最终实现性能的体现。

2.泄漏特性研究

因为科学技术的提高，用于接触式机械密封的材料有了很大的改善，其寿命和密封可靠性也随着增强。但是，在工业的实际生产中，接触式机械密封也存在着失效的情况，这种情况所造成的影响很严重。简单说，造成了物料的浪费，能源的流失，而且如果情况严重还可能造成爆炸、燃烧等特别严重的后果，因此对泄漏特性进行研究就显得很有意义。泄漏是失效最主要、最直接的表现形式，当整个机械密封系统的泄漏量超标时，即可认为此系统已经失效。

3.目前研究需要加强的几点

通过以上端面摩擦特性研究以及泄漏特性研究，对接触式机械密封的基本性能进行了阐述，对今后的研究进程也起到了一定的推动作用。笔者认为，为了更好更加深入研究应该做好以下三点。

第一：加强对接触式机械密封研究整体性。就目前来看，现在研究基本没有对机械密封工作状况的完善考量，其轴向力引起的密封端面弹塑性变形导致端面相互接触程度变化没有得到足够的重视，另外，动静环磨损后弹簧载荷下降这方面也没有得到充分研究，因此这两方面需要加强；

第二：完善密封界面泄漏通道模型。组成密封界面的两个表面均存在微凸体和空隙，具有无序和随机的特征，相互接触后形成密封界面间的通道，仅仅采用简化的几何模型描述是不准确的，还需要从系统的角度进行研究；

第三：对密封界面间流体的流动规律描述应用合适的模型。目前已开展了流动影响因素的相关研究，建立了基于Navior-Stokers方程的修正模型。然而，密封端面间的流体泄漏通道，并非如大家所假设的一样，而是流体的流动特性由于密封面微凸，其分布是无序，随机分布的。这个结果导致流体的泄漏量计算可能产生误差，因此对密封界面间流体的流动规律描述应用合适的模型很重要。

4.未来机械密封基本性能研究发展趋势

文章上面已经说明了研究需要加强的几点，笔者认为针对这几点今后机械密封基本性能研究趋势的发展应该包括以下三个方面。第一：机械密封泄漏特性以及摩擦考察要全面。因为在机械密封运转中，密封界面的不断磨损不但会引起其形貌的变化，使润滑条件发生改变，影响摩擦磨损，还会改变泄漏通道的形状、数量及分布，影响通道内流体的流动，从而使泄漏情况发生改变。很多因素都在影响密封界面摩擦、泄漏的情况，因此，机械密封泄漏特性以及摩擦考察要全面，不能因片面的几点就下定论。

第二：优化密封界面泄漏通道模型。基于逾渗理论发现的平垫密封界面存在泄漏现象，为研究密封界面之间的泄漏通道问题提供了新的途径。

第三：建立适当的密封界面流体流动模型。根据体积平均化(REV)动力学方程，进行空间平均，建立孔道内的流体压力、离心力和流动阻力之间的运动方程，与求解流动阻力的能量方程结合，得到密封界面中满足微观流动的控制方程。

总结：

综上所述，为了多方面了解接触式机械密封在工作中因产生摩擦而发生的漏油情况变化 ，对其进行深入研究是必须的。通过研究，可以发现从哪些方面对机械进行外部条件的改善，减少密封零件产生的摩擦损耗，从而达到增加机械的使用寿命以。此外，还可以对密封件泄漏情况的预测掌握，这样可以在零件出现问题之前进行更替，达到节能减排、提高设备稳定性、保障操作人员生命安全等等这些重要的目的。也可以这样说，接触式机械密封基本性能研究需要为工业生产的进步更加努力，深入挖掘其真正意义。

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孙彦清（1997-）男，上海，工业设计专业

刘芳（1996-）女，辽宁锦州人，高分子材料科学与工程专业

韩立军（1996-）男，辽宁阜新人，机械电子工程专业

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1007-6344（2017）03-0295-01