【正文】 件、動環(huán)及動環(huán)輔助環(huán)6一起隨轉軸旋轉；彈性元件連接動環(huán)和彈簧座，不僅起到緩沖補償的作用，而且還將旋轉軸的運動傳遞給動環(huán)；密封腔體與密封端蓋9通過螺栓連接構成一中空的密封腔，并通過在連接處使用輔助密封圈防漏；靜環(huán)1固定在密封端蓋上，與動環(huán)緊密貼合形成密封端面[6]。機械密封工作時密封腔內充滿一定壓力的介質，電機或其他動力裝置帶動旋轉軸運轉，并通過旋轉軸將運動傳遞給機械密封動環(huán)。泄漏是機械密封的主要失效形式之一，機械密封的可能泄漏途徑有：（a） 密封端蓋與密封腔體的輔助密封圈處泄漏D。（b） 動環(huán)與軸的輔助密封圈處泄漏B，和靜環(huán)與密封壓蓋的輔助密封圈處泄漏C，都屬于靜密封。特別是動環(huán)與軸之間的輔助密封圈，工作時會隨動環(huán)在軸套上移動，因此對密封圈的特性要求很高。（c） 動環(huán)與靜環(huán)密封端面處泄漏點A，屬于動密封。據統(tǒng)計，機械密封的泄漏大約有80%95%是由于密封端面的密封副造成的。使用表面較光滑的機械密封，并保證接觸面的平行，是減小該處泄漏的主要措施。機械密封的缺點有：① 結構較復雜，對制造加工要求高；② 安裝與更換比較麻煩，并要求工人有一定的安裝技術水平； ③ 發(fā)生偶然性事故時，處理較困難； ④ 一次性投資高。首次出現(xiàn)的簡單的端面機械密封，解決了機器制造業(yè)中轉軸密封問題。然而，由于當時缺乏合適的材料和加工機床，盡管這種密封結構有很多優(yōu)點，還是沒有發(fā)揮其效用。1930年以后，機械密封用于內燃機水泵的軸封，在這一階段，機械密封發(fā)展的動力主要是機械加工和材料方面的技術進步。19391945年由于石油化學工業(yè)的發(fā)展，石墨、陶瓷、硬質合金等材料在機械密封動靜環(huán)制造中的應用以及加工技術中表面粗糙度控制水平的提高，psv值達到了15MPam/s， 1959年達80MPa在這一階段，機械密封發(fā)展的動力主要是工業(yè)發(fā)展速度和生產過程的需求。m/s， 1969年達到266MPa在這一階段，主要發(fā)展動力是密封端面間不同潤滑機理的出現(xiàn)和與之相適應的新型結構的探索與開發(fā)。m/s， 1977年由于核電等特殊需要采用螺旋機械密封組合的密封、改進的中間浮動環(huán)密封等、浮環(huán)機械密封組合密封等，使最高psv值達到了500MPa這一階段，發(fā)展的主要動力是結構重組和密封新材料的出現(xiàn)。在流體動壓密封原理的基礎上，開發(fā)出了熱流體動力楔機械密封和上游泵送機械密封。1990年以后，機械密封psv值達到了5700MPa這一階段，發(fā)展的主要動力是密封原理的發(fā)展和控制理論的支持。1965年蘭州煉油廠、沈陽水泵廠等單位首先試制泵用機械密封，1966年天津機械密封件廠開始生產機械密封。1975年，機械工業(yè)部批準頒布了“泵用機械密封標準”。為了提高產品質量，加速密封技術的發(fā)展，1980年以后陸續(xù)引進英國CrqnePacking有限公司、美國Sealol公司的普通機械密封，西德Burgman公司熱流體動力型機械密封，日本Eagle公司反應燒結碳化硅密封環(huán)，通過攻關、消化引進技術，使機械密封在品種、材料、技術參數等方面都提高到一個新的水平。如表11所示為我國訂立的一些機械密封相關標準。影響機械密封性能的主要因素有：(1)彈簧比壓。彈簧比壓太大會破壞液膜而造成密封端面摩損加劇；彈簧比壓太小則使得泄漏量增加，密封性能下降。介質溫度太高不僅會造成密封環(huán)的熱變形和損壞，而且會造成密封端面液膜的汽化，使得端面摩損加劇[14]；(3)介質壓力。轉速越高，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。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，要求選擇合適的密封副材料組合[15]；(6)振動。產生機械密封的振動的原因很多，比如泵本身的振動、旋轉軸的加工精度不夠、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。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。因此，國內外企業(yè)和研究機構進行機械密封試驗與研究的主要內容有[17][22]:(l)研究不同的溫度、壓力和轉速等對機械密封性能和使用壽命的影響[18]；(2)測量轉矩，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]。研究內容(4)通常用于研究和監(jiān)控實際工作中的機械密封設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，可以為生產實際提供參考。西方發(fā)達國家機械密封試驗的技術已經達到非常高的水平，并且已經形成了比較完善的試驗體系。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。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，并引領著行業(yè)的發(fā)展方向。許多著名學校也在一些大企業(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。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據采集設備送入計算機，經過計算機的分析和處理后畫出動環(huán)相對于旋轉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。比如意大利某公司利用微處理器設計了一臺多功能機械密封試驗設備SEALsafe，該設備支持實時檢測和調節(jié)機械密封腔內溫度和壓力，定時測量密封端面的泄漏量，并且可以將采集的數據進行分析和處理，并根據這些數據調節(jié)機械密封轉速、溫度和壓力等，從而保持其良好的工作狀態(tài)[20]。在不斷的應用、實踐、研究以及與國外先進技術的交流和引進過程中，我國機械密封技術也得到了較快的發(fā)展，并逐步縮小與世界先進水平的差距。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。趙增順等為研究高參數熱流體動壓機械密封的性能，設計了高參數機械密封試驗臺，并改進了供油系統(tǒng)、數據采集及檢測系統(tǒng)的硬件設施，并開發(fā)了相應的測控系統(tǒng)軟件，以研究在高參數工況下密封壓力、主軸轉速、端面表面粗糙度、彈簧比壓、配對材料以及液體介質的粘溫變化等因素對熱流體機械密封性能的影響規(guī)律。 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)，甚至在航空航天領域，機械密封也起著極為重要的作用。機械密封在石油化工類行業(yè)的應用極為廣泛，在該類行業(yè)中，泵軸類旋轉設備占有很大比重。由此可見，機械密封的市場需求量很大。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)設計及密封元件制造技術的發(fā)展?？梢灶A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、結構龐雜的小農經濟式的經營模式，而將是一個具有高度集約化、規(guī)?；⒌湍芎?、高效率的經營體制。中國工程機械和其他機械產品密封系統(tǒng)的設計和應用水平將達到國際90年代中期的技術水準。第二章 研究內容及研究對象 研究內容在我國，機械密封試驗設備基本還只是存在于某些大型機械密封生產企業(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。很多公司為了改善其產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。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定: (1) 滿足至少10套機械密封構件同時檢測的要求；(2) 單臺設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件施加變化載荷：50㎏500㎏；(4) 傳動機構輸出轉速: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的產品中對密封要求較高的就是由密封環(huán)與輔助密封環(huán)構成的密封部分。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。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。本章根據相關公司的要求，結合機械密封行業(yè)發(fā)展的需要，提出了性能價格比高的機械密封試驗機設計方案，并介紹其組成和工作原理。試驗機的設計需求主要有:(1) 設備具有一定的通用性，可以滿足多種型號機械密封產品試驗的需要；(2) 可以進行靜壓試驗和動壓試驗；(3) 試驗機密封腔內介質溫度可測并可調，以模擬機械密封在工業(yè)現(xiàn)場的實際工況；(5) 試驗機密封腔內介質的壓力和密封環(huán)所受負載可調，以模擬機械密封在工業(yè)現(xiàn)場的實際工況。根據拓可公司機械密封的實際工況要求，試驗機轉速的可調范圍是500r/min900r/min；(7) 具有收集與測量端面泄漏介質的裝置。試驗機本體主要是指構成試驗機的機械結構、動力裝置、液壓系統(tǒng)等部分，具體有:(l)密封腔。根據試驗的要求，試驗機不僅可以進行靜壓試驗，而且主要能進行動