研究接觸式機(jī)械密封的包括端面摩擦特性和密封特性(泄漏指標(biāo)) 的接觸式機(jī)械密封基本性能，有利于延長(zhǎng)機(jī)械密封的使用壽命，減少因泄漏帶來(lái)的損失。通過(guò)對(duì)前人在機(jī)械密封端面摩擦特性及泄漏特性方面的研究成果包括摩擦特性參數(shù)、表面形貌的影響及其表征、端面材料配對(duì)、泄漏通道模型及界面流體流動(dòng)特性的綜述，分析了現(xiàn)有研究存在的不足，指出了機(jī)械密封基本性能研究的后續(xù)方向：全面考察機(jī)械密封的摩擦及泄漏特性，優(yōu)化密封界面泄漏通道模型，建立密封界面流體流動(dòng)模型。

　　1、前言

　　由于密封表面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便，維護(hù)成本低，密封性和可靠性良好，接觸式機(jī)械密封被廣泛應(yīng)用于電力、船舶、航空航天、石油化工等過(guò)程工業(yè)領(lǐng)域的設(shè)備中。經(jīng)過(guò)100 多年的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，在工業(yè)中也越來(lái)越重要。在能源與資源尤為緊缺的今天，接觸式機(jī)械密封工作在50℃下壽命長(zhǎng)達(dá)5 年、用于水泵壽命長(zhǎng)達(dá)40年。

　　接觸式機(jī)械密封結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 接觸式機(jī)械密封結(jié)構(gòu)

　　動(dòng)環(huán)和靜環(huán)緊密接觸，形成主密封(摩擦副) ，動(dòng)環(huán)與軸套之間、靜環(huán)與設(shè)備殼體之間依靠O形圈進(jìn)行二次密封。其基本性能包括端面摩擦特性( 即抵御摩擦磨損的能力) 和密封特性( 即泄漏指標(biāo)、泄漏特性) 。

　　本文旨在通過(guò)對(duì)接觸式機(jī)械密封基本性能研究的回顧與分析，總結(jié)前人研究的不足，指出今后的研究方向，為進(jìn)一步深化接觸式機(jī)械密封研究、拓展其應(yīng)用范圍提供參考和依據(jù)。

　　5、機(jī)械密封基本性能研究趨勢(shì)

　　縱觀前人的研究基礎(chǔ)及存在的不足，筆者認(rèn)為，接觸式機(jī)械密封基本性能的研究應(yīng)從以下幾方面展開(kāi):

　　(1) 全面考察機(jī)械密封的摩擦及泄漏特性。機(jī)械密封運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，密封界面( 密封端面，O 形圈及其接觸表面) 的不斷磨損不但會(huì)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(huì)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。此外，密封端面載荷下降、O 形圈松弛老化以及彈性元件載荷下降之間存在著一定關(guān)聯(lián)，共同影響著密封界面的摩擦及泄漏情況。在考察機(jī)械密封的性能時(shí)，應(yīng)綜合考慮這些因素，而不能孤立地進(jìn)行研究。

　　(2) 優(yōu)化密封界面泄漏通道模型。基于逾滲理論發(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(wèn)題提供了新的途徑。

　　在平面上，密封界面的未接觸( 白色方塊) 面積與放大倍數(shù)ζ 有關(guān)，ζ 越大，白色方塊越多。當(dāng)白色方塊的幾率達(dá)到逾滲閾值，就會(huì)從接觸面的一側(cè)連通至另一側(cè)，形成泄漏通道，如圖7 所示。在空間方向上，密封端面、O 形圈及其接觸面的接觸模型分別如圖8，9所示。

圖7 密封界面泄漏通道的形成過(guò)程

圖8 密封端面接觸模型

圖9 O 形圈接觸模型

　　根據(jù)逾滲理論建立密封界面三維逾滲模型的同時(shí)，采用數(shù)值模擬方法研究分析孔隙率、孔隙尺度等對(duì)密封界面三維逾滲概率的影響，揭示密封界面間出現(xiàn)孔道的成因，為系統(tǒng)地闡釋接觸式機(jī)械密封泄漏機(jī)理奠定基礎(chǔ)。

　　(3) 建立密封界面流體流動(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; 采用幾何分析法，結(jié)合密封界面優(yōu)化后的泄漏通道模型，考慮不同情形時(shí)的流體流線，通過(guò)對(duì)這些代表性流線的迂曲度取幾何平均和加權(quán)平均，求取密封界面中流體流線的迂曲度解析表達(dá)式; 基于Fluent 軟件建立直接數(shù)值模擬模型，研究密封界面間孔道內(nèi)的流體的流速、流動(dòng)阻力和壓降。

　　總之，只有對(duì)接觸式機(jī)械密封的基本性能進(jìn)行深入研究，才能全面地了解其在工作過(guò)程中的摩擦及泄漏變化情況，通過(guò)改善外部條件，減小密封件的摩擦磨損，根據(jù)工作條件預(yù)測(cè)出密封件的泄漏情況和壽命，在其損壞之前進(jìn)行更換，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目的。