【文章內(nèi)容簡介】 。介質(zhì)壓力對(duì)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(jī)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(dòng)壓作用越強(qiáng)，使端面間隙增大，泄漏量增加。轉(zhuǎn)速對(duì)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(duì)機(jī)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(duì)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(dòng)。機(jī)械密封的振動(dòng)主要是指密封動(dòng)環(huán)的軸向和徑向振動(dòng)。產(chǎn)生機(jī)械密封的振動(dòng)的原因很多，比如泵本身的振動(dòng)、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(dòng)等都會(huì)造成密封環(huán)的振動(dòng)。在機(jī)械密封實(shí)際工作時(shí)振動(dòng)往往是影響其工作穩(wěn)定性的一個(gè)極大的不利因素，密封環(huán)振動(dòng)不僅影響機(jī)械密封面的密封效果，使泄漏加劇，而且由于振動(dòng)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(shí)候機(jī)械密封振動(dòng)最大，所產(chǎn)生的危害也最大[16]。因此對(duì)振動(dòng)的研究對(duì)提高機(jī)械密封性能和使用壽命是非常必要的。機(jī)械密封試驗(yàn)主要目的是研究各個(gè)因素對(duì)機(jī)械密封的密封性能和使用壽命的影響，從而改善機(jī)械密封設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和應(yīng)用。因此，國內(nèi)外企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行機(jī)械密封試驗(yàn)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(duì)機(jī)械密封性能和使用壽命的影響[18]；(2)測(cè)量轉(zhuǎn)矩，研究密封端面的摩擦功耗；(3)研究彈簧比壓對(duì)機(jī)械密封密封特性和使用壽命的影響，保證機(jī)械密封在最佳彈簧比壓下工作；(4)測(cè)量機(jī)械密封密封腔體或動(dòng)環(huán)的跳動(dòng)量，研究振動(dòng)對(duì)機(jī)械密封性能和使用壽命的影響；(5)測(cè)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(duì)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(jī)械密封試驗(yàn)最基本的內(nèi)容，也是我國《機(jī)械密封試驗(yàn)方法》規(guī)定機(jī)械密封生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行型式試驗(yàn)和出廠試驗(yàn)時(shí)必須測(cè)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(shí)際工作中的機(jī)械密封設(shè)備的工作狀況以及實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助的故障檢測(cè)與診斷，研究振動(dòng)對(duì)機(jī)械密封性能的影響，可以為生產(chǎn)實(shí)際提供參考。密封端面最能反映機(jī)械密封工作狀況，因此研究內(nèi)容(5)對(duì)端面信息的研究有較大的意義，但同時(shí)也是最難實(shí)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(dá)國家機(jī)械密封試驗(yàn)的技術(shù)已經(jīng)達(dá)到非常高的水平，并且已經(jīng)形成了比較完善的試驗(yàn)體系。例如，由美國石油協(xié)會(huì)為煉油行業(yè)重型泵制訂的一項(xiàng)新標(biāo)準(zhǔn)：API682—離心泵和轉(zhuǎn)子泵用軸封系統(tǒng)。制訂API682標(biāo)準(zhǔn)的目的是制訂一個(gè)用戶和制造廠通用的機(jī)械密封標(biāo)準(zhǔn)，提供一套選擇方案最少的選擇方法，以達(dá)到降低庫存費(fèi)用、維修費(fèi)用和密封種類的目的。此外，按照API682標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和制造的機(jī)械密封還具有更高的可靠性和更長的使用壽命(三年)，同時(shí)也滿足了環(huán)境保護(hù)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(cè)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(cè)試中心最具有代表性，測(cè)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(cè)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(jī)械密封的研究，創(chuàng)造出許多成就，也具備一定的試驗(yàn)條件。由于密封端面信息在機(jī)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(jī)構(gòu)十分重視對(duì)機(jī)械密封端面信息的采集和研究。比如美國George Green教授認(rèn)為，研究機(jī)械密封臨界端面的運(yùn)動(dòng)狀況會(huì)得到很多重要的信息，因此在其試驗(yàn)臺(tái)的密封環(huán)端面位置安裝3個(gè)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(jì)算機(jī)，經(jīng)過計(jì)算機(jī)的分析和處理后畫出動(dòng)環(huán)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸心跳動(dòng)的軸心軌跡圖，并以此研究機(jī)械密封工作時(shí)動(dòng)環(huán)相對(duì)于軸心的運(yùn)動(dòng)狀況。在國外，一些用于實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)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(jì)了一臺(tái)多功能機(jī)械密封試驗(yàn)設(shè)備SEALsafe，該設(shè)備支持實(shí)時(shí)檢測(cè)和調(diào)節(jié)機(jī)械密封腔內(nèi)溫度和壓力，定時(shí)測(cè)量密封端面的泄漏量，并且可以將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)機(jī)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(jī)械密封測(cè)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(shí)踐、研究以及與國外先進(jìn)技術(shù)的交流和引進(jìn)過程中，我國機(jī)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(jìn)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(jī)構(gòu)對(duì)機(jī)械密封端面信息的采集和研究進(jìn)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(jī)械密封端面信息分為靜態(tài)信息(主要是機(jī)械密封端面摩擦副材料信息、機(jī)械密封端面幾何信息)和動(dòng)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(duì)機(jī)械密封性能和使用壽命的影響。蔡曉君等首先對(duì)變工況工作狀態(tài)下機(jī)械密封動(dòng)環(huán)端面狀況作了理論分析，然后搭建變工況機(jī)械密封試驗(yàn)臺(tái)，通過在密封試驗(yàn)臺(tái)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(jī)械密封的工作環(huán)境，并使用微型計(jì)算機(jī)和外圍電路構(gòu)建測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)量在不同的溫度、壓力等狀況下動(dòng)壞端面情況，最后將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到動(dòng)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(jī)械密封的設(shè)計(jì)理論[21]。趙增順等為研究高參數(shù)熱流體動(dòng)壓機(jī)械密封的性能，設(shè)計(jì)了高參數(shù)機(jī)械密封試驗(yàn)臺(tái)，并改進(jìn)了供油系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集及檢測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)施，并開發(fā)了相應(yīng)的測(cè)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(duì)材料以及液體介質(zhì)的粘溫變化等因素對(duì)熱流體機(jī)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(jī)械密封的發(fā)展前景目前機(jī)械密封的使用范圍非常廣，包括石油煉油、石油化工、精細(xì)化工、冶金、火電站、印染、海運(yùn)、造紙等行業(yè)，甚至在航空航天領(lǐng)域，機(jī)械密封也起著極為重要的作用。在飛機(jī)和液體火箭上，機(jī)械密封用來密封燃?xì)廨啓C(jī)、透平壓縮機(jī)(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(jī)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(jì)，在石油化工類企業(yè)，80%一90%的離心泵使用機(jī)械密封。由此可見，機(jī)械密封的市場(chǎng)需求量很大。而且隨著國際先進(jìn)科技和制造技術(shù)的引進(jìn)及2000年后國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展趨勢(shì)，引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)為依托的中國工程機(jī)械工業(yè)將有較大的發(fā)展。工程機(jī)械系統(tǒng)工作壓力和系統(tǒng)的先進(jìn)性、工作可靠性的探究必將促講密封系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(duì)由工程機(jī)械及其他機(jī)械行業(yè)提出的嚴(yán)峻課題?？梢灶A(yù)計(jì)，屆時(shí)的中國密封工業(yè)體系將不再是一個(gè)高能耗、低效率、結(jié)構(gòu)龐雜的小農(nóng)經(jīng)濟(jì)式的經(jīng)營模式，而將是一個(gè)具有高度集約化、規(guī)?；?、低能耗、高效率的經(jīng)營體制。屆時(shí)，中國密封件的主要品種將有60%達(dá)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(dá)到國際密封件產(chǎn)品的當(dāng)代質(zhì)量水平。中國工程機(jī)械和其他機(jī)械產(chǎn)品密封系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用水平將達(dá)到國際90年代中期的技術(shù)水準(zhǔn)。因此，以密封業(yè)為依托的中國工程機(jī)械、鍛壓機(jī)床、水利、冶金、電力、石油化工、礦山等行業(yè)的液壓機(jī)械和與之匹配的密封產(chǎn)品將相互促進(jìn)，協(xié)調(diào)發(fā)展，從而加速工業(yè)化的進(jìn)程。第二章 研究內(nèi)容及研究對(duì)象 研究內(nèi)容在我國，機(jī)械密封試驗(yàn)設(shè)備基本還只是存在于某些大型機(jī)械密封生產(chǎn)企業(yè)，以及部分高校和研究所，市場(chǎng)上還找不到滿足試驗(yàn)需要的機(jī)械密封試驗(yàn)臺(tái)。而且由于機(jī)械密封種類繁多，應(yīng)用的場(chǎng)合不一樣，研究的目的也不同，目前機(jī)械密封試驗(yàn)臺(tái)還主要是有目的、有對(duì)象地定制的。很多公司為了改善其產(chǎn)品中所使用的機(jī)械密封的性能，提高機(jī)械密封的使用壽命，減少由于機(jī)械密封失效造成的損失，迫切需要開發(fā)機(jī)械密封試驗(yàn)機(jī)器，以提高對(duì)密封構(gòu)件的檢測(cè)效率，從而解決由于人工檢測(cè)所帶來的工作效率嚴(yán)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(jì)了滿足國家標(biāo)準(zhǔn)《機(jī)械密封試驗(yàn)方法》要求，可以對(duì)多套密封構(gòu)件進(jìn)行檢測(cè)，性價(jià)比高的機(jī)械密封試驗(yàn)機(jī)。該試驗(yàn)機(jī)具有如下的性能指標(biāo)，其中部分指標(biāo)按照具體公司的工況設(shè)定: (1) 滿足至少10套機(jī)械密封構(gòu)件同時(shí)檢測(cè)的要求；(2) 單臺(tái)設(shè)備滿足靜壓和動(dòng)壓兩種試驗(yàn)的要求；(3) 檢測(cè)過程中模擬實(shí)際工況對(duì)密封構(gòu)件施加變化載荷：50㎏500㎏；(4) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出轉(zhuǎn)速:500r/min900r/min；(5) 密封端面泄漏量可測(cè)；(6) 密封面溫度、油液壓力及溫度可測(cè)； 研究對(duì)象很多公司生產(chǎn)的產(chǎn)品中對(duì)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(duì)其表面進(jìn)行處理，保證其有很高的光滑度以及成對(duì)環(huán)接觸面之間的平行，然后通過線接觸這一特點(diǎn)使密封環(huán)達(dá)到對(duì)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(jī)械密封除了密封環(huán)接觸面的動(dòng)密封以外，動(dòng)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(bǔ)償環(huán)的旋轉(zhuǎn)環(huán)或靜止環(huán)輔助密封，有時(shí)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(dá)到對(duì)密封環(huán)和軸蓋之間的間隙進(jìn)行密封的作用。 圖22第三章 試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)方案確定與主體設(shè)計(jì) 引言機(jī)械密封試驗(yàn)