【正文】 象地定制的。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。屆時，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。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(jī)械及其他機(jī)械行業(yè)提出的嚴(yán)峻課題。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，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。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。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。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。蔡曉君等首先對變工況工作狀態(tài)下機(jī)械密封動環(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，通過在密封試驗(yàn)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(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(jìn)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(jī)械密封的設(shè)計(jì)理論[21]。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。在我國，機(jī)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。在國外，一些用于實(shí)時監(jiān)控機(jī)械密封工作狀態(tài)的設(shè)備也被開發(fā)出來。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)十分重視對機(jī)械密封端面信息的采集和研究。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。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)，同時也滿足了環(huán)境保護(hù)法規(guī)的有關(guān)規(guī)定。例如，由美國石油協(xié)會為煉油行業(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)。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)對端面信息的研究有較大的意義，但同時也是最難實(shí)現(xiàn)的部分，一般需要在密封端面處安裝各種傳感器。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)時必須測試和研究的內(nèi)容。機(jī)械密封試驗(yàn)主要目的是研究各個因素對機(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。在機(jī)械密封實(shí)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(jī)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(jī)械密封振動最大，所產(chǎn)生的危害也最大[16]。機(jī)械密封的振動主要是指密封動環(huán)的軸向和徑向振動。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。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(jī)械密封的性能和使用壽命；(4)工作轉(zhuǎn)速。選擇合適的彈簧比壓對機(jī)械密封使用效果有很大的影響[13]；(2)介質(zhì)溫度。彈簧比壓是影響機(jī)械密封泄漏量的主要因素之一。表11 我國發(fā)布的機(jī)械密封相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)密封特性和使用壽命是國際上衡量機(jī)械密封的主要性能指標(biāo)，提高機(jī)械密封的密封性能和使用壽命是機(jī)械密封技術(shù)發(fā)展的方向。1993年國家頒布了國標(biāo)“GB/T142111993機(jī)械密封試驗(yàn)方法”，1999年國家機(jī)械工業(yè)局修訂了“機(jī)械密封技術(shù)條件”和“機(jī)械密封分類方法”，為機(jī)械密封產(chǎn)品接近國外先進(jìn)水平提供了保證[12]。1978年化工部批準(zhǔn)頒發(fā)了“釜用機(jī)械密封標(biāo)準(zhǔn)”。1970年機(jī)械工業(yè)部、石油部、化工部所屬科研、生產(chǎn)、使用單位組成聯(lián)合設(shè)計(jì)組，參考了國外先進(jìn)結(jié)構(gòu)，聯(lián)合設(shè)計(jì)了“系列泵用機(jī)械密封”。 國內(nèi)機(jī)械密封的發(fā)展歷史國內(nèi)機(jī)械密封應(yīng)用起步較晚。m/s[11]。在保證密封性能的同時，為了獲得較長的使用壽命，利用自動控制理論，人們開發(fā)出可控機(jī)械密封。1980~1990年隨著人們環(huán)境保護(hù)意識的提高，研制出了“零泄漏”機(jī)械密封。m/s。19711974年由于宇航和核電方面的特殊要求，在結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)了多級密封，在材料上出現(xiàn)了碳化硅和優(yōu)質(zhì)的不同浸漬材料的碳石墨，使psv值達(dá)到了360MPam/s。19611963年由于原子能工業(yè)的要求，在結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)了流體動壓密封[9]和流體靜壓密封[10]，使psv值迅速提高到167MPam/s。m/s；1956年在結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)了平衡型機(jī)械密封和中間環(huán)密封，psv值達(dá)到了30MPa第二次世界大戰(zhàn)之后，機(jī)械密封在美國得到了迅速普及。m/s。直到1920年，由于新工藝和新材料的出現(xiàn)，在提高了使用可靠性和壽命，降低9了制造成本之后，機(jī)械密封才逐步在許多冷凍裝置上得到較多的使用。同慣用的填料密封相比，無論在功能上還是構(gòu)成原理上，機(jī)械密封都有著明顯的先進(jìn)性。 國外機(jī)械密封的發(fā)展歷史機(jī)械密封最早是1885年在英國以專利形式出現(xiàn)的，1900年開始應(yīng)用[8]。機(jī)械密封與一般的密封方法（如軟填料密封）相比，有著以下的很多優(yōu)點(diǎn)：① 密封可靠；在長周期的運(yùn)行中，密封狀態(tài)很穩(wěn)定，泄漏量很小，按粗略統(tǒng)計(jì)，其泄漏量一般僅為軟填料密封的1/100，這是機(jī)械密封與其它密封方式相比的最大優(yōu)點(diǎn)；② 使用壽命長；在油、水類介質(zhì)中，一般使用可達(dá)1～2 年或更長時間，在化工介質(zhì)中，通常也能達(dá)半年以上；③ 摩擦功率消耗?。粰C(jī)械密封端面的接觸面積小，摩擦功耗小，機(jī)械密封的摩擦功率僅為軟填料密封的10 %～50 %；④ 軸或軸套基本上不受磨損； ⑤ 維修周期長；端面磨損后可自動補(bǔ)償，一般情況下，無需經(jīng)常性的維修；⑥ 運(yùn)動中不需要調(diào)整；由于機(jī)械密封靠彈簧力和流體壓力使摩擦副貼合，在運(yùn)轉(zhuǎn)中自動保持接觸，裝配后不需要像普通軟填料密封那樣調(diào)整和壓緊；⑦ 抗振性好；對旋轉(zhuǎn)軸的振動、偏擺以及軸對密封腔的偏斜不敏感，一般在轉(zhuǎn)速在3000r/；⑧ 適用范圍廣；機(jī)械密封能用于低溫、高溫、真空、高壓、不同轉(zhuǎn)速，以及各種腐蝕性介質(zhì)和含磨粒介質(zhì)等的密封。因此，對密封端面的加工要求很高，同時為了使密封端面間保持必要的潤滑油膜,必須嚴(yán)格控制端面上的單位面積壓力，壓力過大，不易形成穩(wěn)定的潤滑油膜，會加速端面的磨損；壓力過小，泄漏量增加。動環(huán)與靜環(huán)貼合形成的密封端面是機(jī)械密封的主要密封面，是決定機(jī)械密封摩擦、磨損和密封性能的關(guān)鍵，也是決定其工作壽命的主要因素。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)。這兩處輔助密封面是決定機(jī)械密封密封性和動環(huán)追隨性的關(guān) 鍵。此處密封為靜密封。動環(huán)在腔內(nèi)介質(zhì)壓力和彈性元件彈性力的雙重作用下與靜環(huán)始終保持良好的貼合狀態(tài)[7]；動環(huán)與靜環(huán)相對運(yùn)動形成摩擦副，并在密封端面之間形成一層極薄的液膜，它不僅對端面起到潤滑作用，而且還平衡著密封面兩端的壓力。 圖12 機(jī)械密封結(jié)構(gòu)圖1．靜止環(huán)（靜環(huán)）；2．旋轉(zhuǎn)環(huán)（動環(huán)）；3．彈性元件；4．彈簧座；5．緊定螺釘；6．旋轉(zhuǎn)環(huán)輔助密封環(huán)；7．防轉(zhuǎn)銷；8．靜止環(huán)輔助密封環(huán)；9．壓蓋。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 機(jī)械密封的組成、工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)機(jī)械密封種類繁多，不同種類的機(jī)械密封結(jié)構(gòu)也各不相同，但從總體上來說，基本上所有的機(jī)械密封都由四個部分組成：①由動環(huán)和靜環(huán)組成的密封端面，這是機(jī)械密封最核心的組成部分；②由彈性元件或磁性元件組成的緩沖補(bǔ)償裝置，這是保證機(jī)械密封可靠性能的重要條件；③輔助密封圈；④帶動動環(huán)隨旋轉(zhuǎn)軸一起回轉(zhuǎn)的傳動機(jī)構(gòu)。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)[5]?？梢灶A(yù)計(jì)，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(jì)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。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。針對此現(xiàn)狀，基于《機(jī)械密封試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》研制一套能進(jìn)行各種性能參數(shù)測試的、功能齊全的、性能可靠的、結(jié)構(gòu)簡單的、價格合理的機(jī)械密封試驗(yàn)機(jī)，對于促進(jìn)我國機(jī)械密封技術(shù)的進(jìn)步，推動我國機(jī)械密封行業(yè)的發(fā)展，縮小與國外先進(jìn)水平的差距，加快現(xiàn)代化進(jìn)程都有十分重要的意義。美國、日本和英國等發(fā)達(dá)國家一直在開展機(jī)械密封試驗(yàn)方面處于領(lǐng)先水平，并相繼訂立機(jī)械密封試驗(yàn)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。出廠試驗(yàn)是生產(chǎn)廠家為檢驗(yàn)一批產(chǎn)品質(zhì)量性能為目的的抽樣試驗(yàn)。機(jī)械密封試驗(yàn)主要有型式試驗(yàn)、出廠試驗(yàn)和研究型試驗(yàn)等。但是國內(nèi)大多數(shù)的機(jī)械密封生產(chǎn)廠家都是生產(chǎn)規(guī)模小、設(shè)備精度和自動化程度低、生產(chǎn)能力和技術(shù)水平一般、產(chǎn)品質(zhì)量不高的中小型企業(yè)，這部分企業(yè)對機(jī)械密封的檢測手段只是停留在外觀檢測，部分企業(yè)對產(chǎn)品的測試還需要求助于國外的研究機(jī)構(gòu)，這對我國機(jī)械密封的發(fā)展非常不利[4]。從總體上來說，國內(nèi)機(jī)械密封技術(shù)水平與國外有一定距離，這與我國機(jī)械密封試驗(yàn)開展的現(xiàn)狀有關(guān)。鑒于很多公司目前在密封構(gòu)件密封性能檢測技術(shù)方面的匱乏以及因此而給正常生產(chǎn)帶來的不便，使得設(shè)計(jì)一臺專用的機(jī)械密封試驗(yàn)設(shè)備，對機(jī)械密封性能進(jìn)行多方面的研究和分析，提高機(jī)械密封的工作性能和使用壽命，減少故障發(fā)生次數(shù)，降低設(shè)備運(yùn)作成本，提高生產(chǎn)效率，對生產(chǎn)制造公司具有極大的意義。本課題正是基于此目的，在中復(fù)連眾公司的幫助下，進(jìn)行機(jī)械密封試驗(yàn)機(jī)的開發(fā)。大部分檢測工作靠人工擦拭浮封環(huán)，然后用平鏡觀察表面縫隙，這樣不但檢測效果不佳，而且嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效率。 圖11 機(jī)械密封機(jī)械密封的失效往往會造成環(huán)境的污染、能源的浪費(fèi)及生產(chǎn)效率的降低，嚴(yán)重的可能造成安全事故，因此良好的密封性能在日常生產(chǎn)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。由此可見，機(jī)械密封的市場需求量很大。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