【文章內(nèi)容簡介】 。介質(zhì)壓力對密封端面比壓有很大影響，選擇合適的介質(zhì)壓力可以減小密封端面泄漏以及摩擦面的功耗，從而提高機械密封的性能和使用壽命；(4)工作轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速越高，密封端面間的流體動壓作用越強，使端面間隙增大，泄漏量增加。轉(zhuǎn)速對端面摩擦也有很大影響，轉(zhuǎn)速越高，摩擦功耗越大；(5)端面摩擦特性。密封端面光滑度越高，端面泄漏越少，磨損越慢，功耗越低，因此端面摩擦特性對機械密封性能和使用壽命影響較大，一般要求密封端面粗糙度Ra=，對于不同的介質(zhì)，要求選擇合適的密封副材料組合[15]；(6)振動。機械密封的振動主要是指密封動環(huán)的軸向和徑向振動。產(chǎn)生機械密封的振動的原因很多，比如泵本身的振動、旋轉(zhuǎn)軸的加工精度不夠、聯(lián)軸器的平行度差、油膜的振蕩、密封端面不光滑、彈性元件彈性伸縮和擺動等都會造成密封環(huán)的振動。在機械密封實際工作時振動往往是影響其工作穩(wěn)定性的一個極大的不利因素，密封環(huán)振動不僅影響機械密封面的密封效果，使泄漏加劇，而且由于振動的存在加劇了端面的撞擊和摩擦，導(dǎo)致其使用壽命的下降；尤其當(dāng)軸轉(zhuǎn)速與密封環(huán)固有頻率很接近的時候機械密封振動最大，所產(chǎn)生的危害也最大[16]。因此對振動的研究對提高機械密封性能和使用壽命是非常必要的。機械密封試驗主要目的是研究各個因素對機械密封的密封性能和使用壽命的影響，從而改善機械密封設(shè)計、生產(chǎn)和應(yīng)用。因此，國內(nèi)外企業(yè)和研究機構(gòu)進行機械密封試驗與研究的主要內(nèi)容有[17][22]:(l)研究不同的溫度、壓力和轉(zhuǎn)速等對機械密封性能和使用壽命的影響[18]；(2)測量轉(zhuǎn)矩，研究密封端面的摩擦功耗；(3)研究彈簧比壓對機械密封密封特性和使用壽命的影響，保證機械密封在最佳彈簧比壓下工作；(4)測量機械密封密封腔體或動環(huán)的跳動量，研究振動對機械密封性能和使用壽命的影響；(5)測量密封端面的溫度梯度、端面比壓和液膜厚度等，研究不同條件下密封端面的摩擦特性及其對密封特性和使用壽命的影響[19]。其中研究內(nèi)容(1)和(2)是機械密封試驗最基本的內(nèi)容，也是我國《機械密封試驗方法》規(guī)定機械密封生產(chǎn)企業(yè)進行型式試驗和出廠試驗時必須測試和研究的內(nèi)容。研究內(nèi)容(4)通常用于研究和監(jiān)控實際工作中的機械密封設(shè)備的工作狀況以及實現(xiàn)計算機輔助的故障檢測與診斷，研究振動對機械密封性能的影響，可以為生產(chǎn)實際提供參考。密封端面最能反映機械密封工作狀況，因此研究內(nèi)容(5)對端面信息的研究有較大的意義，但同時也是最難實現(xiàn)的部分，一般需要在密封端面處安裝各種傳感器。西方發(fā)達國家機械密封試驗的技術(shù)已經(jīng)達到非常高的水平，并且已經(jīng)形成了比較完善的試驗體系。例如，由美國石油協(xié)會為煉油行業(yè)重型泵制訂的一項新標準：API682—離心泵和轉(zhuǎn)子泵用軸封系統(tǒng)。制訂API682標準的目的是制訂一個用戶和制造廠通用的機械密封標準，提供一套選擇方案最少的選擇方法，以達到降低庫存費用、維修費用和密封種類的目的。此外，按照API682標準設(shè)計和制造的機械密封還具有更高的可靠性和更長的使用壽命(三年)，同時也滿足了環(huán)境保護法規(guī)的有關(guān)規(guī)定。很多大企業(yè)，包括英國John Crane、美國Flowserve和日本Eagel等國際知名密封公司都有他們專門的研制、測試中心，并引領(lǐng)著行業(yè)的發(fā)展方向。其中美國Flowserve公司在新加坡建立的測試中心最具有代表性，測試用的密封腔體和管路都采用透明的聚脂材料并布滿了各種測試數(shù)據(jù)采集探頭。許多著名學(xué)校也在一些大企業(yè)的資助下與企業(yè)合作開展機械密封的研究，創(chuàng)造出許多成就，也具備一定的試驗條件。由于密封端面信息在機械密封研究中具有非常重要作用，國外很多企業(yè)和研究機構(gòu)十分重視對機械密封端面信息的采集和研究。比如美國George Green教授認為，研究機械密封臨界端面的運動狀況會得到很多重要的信息，因此在其試驗臺的密封環(huán)端面位置安裝3個電渦流距離傳感器探頭，并將采集的端面信息通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備送入計算機，經(jīng)過計算機的分析和處理后畫出動環(huán)相對于旋轉(zhuǎn)軸心跳動的軸心軌跡圖，并以此研究機械密封工作時動環(huán)相對于軸心的運動狀況。在國外，一些用于實時監(jiān)控機械密封工作狀態(tài)的設(shè)備也被開發(fā)出來。比如意大利某公司利用微處理器設(shè)計了一臺多功能機械密封試驗設(shè)備SEALsafe，該設(shè)備支持實時檢測和調(diào)節(jié)機械密封腔內(nèi)溫度和壓力，定時測量密封端面的泄漏量，并且可以將采集的數(shù)據(jù)進行分析和處理，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)機械密封轉(zhuǎn)速、溫度和壓力等，從而保持其良好的工作狀態(tài)[20]。在我國，機械密封測試技術(shù)的研究主要還是局限于某些大學(xué)和大公司的研究所。在不斷的應(yīng)用、實踐、研究以及與國外先進技術(shù)的交流和引進過程中，我國機械密封技術(shù)也得到了較快的發(fā)展，并逐步縮小與世界先進水平的差距。與國外一樣，我國也有一些企業(yè)和大學(xué)研究機構(gòu)對機械密封端面信息的采集和研究進行了多方面的探索。胡小云等第一次利用信息論的理論，將機械密封端面信息分為靜態(tài)信息(主要是機械密封端面摩擦副材料信息、機械密封端面幾何信息)和動態(tài)信息(溫度信息、摩擦狀態(tài)信息、扭矩信息)，并通過在靜環(huán)上安裝電偶式溫度傳感器和扭矩傳感器，獲取在不同的工作狀態(tài)下的端面信息，并分析它們對機械密封性能和使用壽命的影響。蔡曉君等首先對變工況工作狀態(tài)下機械密封動環(huán)端面狀況作了理論分析，然后搭建變工況機械密封試驗臺，通過在密封試驗臺介質(zhì)出口端安裝調(diào)壓溢流閥調(diào)節(jié)腔內(nèi)壓力，通過加熱棒加熱水箱溫度調(diào)節(jié)腔內(nèi)介質(zhì)的溫度，以此模擬變工況下機械密封的工作環(huán)境，并使用微型計算機和外圍電路構(gòu)建測試系統(tǒng)，測量在不同的溫度、壓力等狀況下動壞端面情況，最后將采集的數(shù)據(jù)進行處理，得到動環(huán)端面軸向位移隨溫度和壓力變化的規(guī)律，從而提出了抗變工況機械密封的設(shè)計理論[21]。趙增順等為研究高參數(shù)熱流體動壓機械密封的性能，設(shè)計了高參數(shù)機械密封試驗臺，并改進了供油系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集及檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)施，并開發(fā)了相應(yīng)的測控系統(tǒng)軟件，以研究在高參數(shù)工況下密封壓力、主軸轉(zhuǎn)速、端面表面粗糙度、彈簧比壓、配對材料以及液體介質(zhì)的粘溫變化等因素對熱流體機械密封性能的影響規(guī)律。從而為高參數(shù)熱流體密封的性能規(guī)律的研究以及結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供有利支持。 機械密封的發(fā)展前景目前機械密封的使用范圍非常廣，包括石油煉油、石油化工、精細化工、冶金、火電站、印染、海運、造紙等行業(yè)，甚至在航空航天領(lǐng)域，機械密封也起著極為重要的作用。在飛機和液體火箭上，機械密封用來密封燃氣輪機、透平壓縮機(渦輪增壓器)、液壓設(shè)備以及輸送燃料和液化氣體的增壓泵。機械密封在石油化工類行業(yè)的應(yīng)用極為廣泛，在該類行業(yè)中，泵軸類旋轉(zhuǎn)設(shè)備占有很大比重。據(jù)我國有關(guān)部門統(tǒng)計，在石油化工類企業(yè)，80%一90%的離心泵使用機械密封。由此可見，機械密封的市場需求量很大。而且隨著國際先進科技和制造技術(shù)的引進及2000年后國民經(jīng)濟的發(fā)展趨勢，引進先進技術(shù)為依托的中國工程機械工業(yè)將有較大的發(fā)展。工程機械系統(tǒng)工作壓力和系統(tǒng)的先進性、工作可靠性的探究必將促講密封系統(tǒng)設(shè)計及密封元件制造技術(shù)的發(fā)展。因此，中國密封技術(shù)的科研及密封件制造工業(yè)將面對由工程機械及其他機械行業(yè)提出的嚴峻課題。可以預(yù)計，屆時的中國密封工業(yè)體系將不再是一個高能耗、低效率、結(jié)構(gòu)龐雜的小農(nóng)經(jīng)濟式的經(jīng)營模式，而將是一個具有高度集約化、規(guī)?；?、低能耗、高效率的經(jīng)營體制。屆時，中國密封件的主要品種將有60%達到國際80年代末90年代初的質(zhì)量水平，另將有15%的產(chǎn)品品種達到國際密封件產(chǎn)品的當(dāng)代質(zhì)量水平。中國工程機械和其他機械產(chǎn)品密封系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用水平將達到國際90年代中期的技術(shù)水準。因此，以密封業(yè)為依托的中國工程機械、鍛壓機床、水利、冶金、電力、石油化工、礦山等行業(yè)的液壓機械和與之匹配的密封產(chǎn)品將相互促進，協(xié)調(diào)發(fā)展，從而加速工業(yè)化的進程。第二章 研究內(nèi)容及研究對象 研究內(nèi)容在我國，機械密封試驗設(shè)備基本還只是存在于某些大型機械密封生產(chǎn)企業(yè)，以及部分高校和研究所，市場上還找不到滿足試驗需要的機械密封試驗臺。而且由于機械密封種類繁多，應(yīng)用的場合不一樣，研究的目的也不同，目前機械密封試驗臺還主要是有目的、有對象地定制的。很多公司為了改善其產(chǎn)品中所使用的機械密封的性能，提高機械密封的使用壽命，減少由于機械密封失效造成的損失，迫切需要開發(fā)機械密封試驗機器，以提高對密封構(gòu)件的檢測效率，從而解決由于人工檢測所帶來的工作效率嚴重受阻的現(xiàn)狀。本論文根據(jù)拓可公司的要求，綜合研究和分析了其現(xiàn)狀和需要，設(shè)計了滿足國家標準《機械密封試驗方法》要求，可以對多套密封構(gòu)件進行檢測，性價比高的機械密封試驗機。該試驗機具有如下的性能指標，其中部分指標按照具體公司的工況設(shè)定: (1) 滿足至少10套機械密封構(gòu)件同時檢測的要求；(2) 單臺設(shè)備滿足靜壓和動壓兩種試驗的要求；(3) 檢測過程中模擬實際工況對密封構(gòu)件施加變化載荷：50㎏500㎏；(4) 傳動機構(gòu)輸出轉(zhuǎn)速:500r/min900r/min；(5) 密封端面泄漏量可測；(6) 密封面溫度、油液壓力及溫度可測； 研究對象很多公司生產(chǎn)的產(chǎn)品中對密封要求較高的就是由密封環(huán)與輔助密封環(huán)構(gòu)成的密封部分。密封環(huán)由特殊鑄鐵做成，利用特殊工藝對其表面進行處理，保證其有很高的光滑度以及成對環(huán)接觸面之間的平行，然后通過線接觸這一特點使密封環(huán)達到對液體及氣體的密封功能。密封環(huán)如下圖21所示： 圖21由于機械密封除了密封環(huán)接觸面的動密封以外，動環(huán)與軸之間以及靜環(huán)與軸蓋之間的靜密封也是很重要的因素，所以除了密封環(huán)，用于解決靜密封的輔助密封環(huán)也是十分重要的組成部件。靜密封元件最常用的有橡膠O形圈或聚四氟乙烯V形圈，而作為補償環(huán)的旋轉(zhuǎn)環(huán)或靜止環(huán)輔助密封，有時采用兼?zhèn)鋸椥栽δ艿南鹉zO 形圈、聚四氟乙烯V 形圈或金屬波紋管的結(jié)構(gòu)。如下圖22所示就是拓可公司用于靜密封的O形圈，由丁腈橡膠做成，利用其具有伸縮的性質(zhì)和表面的特殊處理，裝在密封環(huán)上以達到對密封環(huán)和軸蓋之間的間隙進行密封的作用。 圖22第三章 試驗機系統(tǒng)方案確定與主體設(shè)計 引言機械密封試驗