秦 仙，馬續(xù)創(chuàng)

(1.寶鋼股份梅鋼公司冷軋廠，江蘇 南京 210039；2.中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司，陜西 西安 710018)

0 前言

機(jī)械端面密封，是一種旋轉(zhuǎn)件動(dòng)密封，簡(jiǎn)稱機(jī)械密封，又稱端面密封、軸向機(jī)械密封[1]。機(jī)械密封盡管不是設(shè)備上的功能性零部件，但其作用和對(duì)整臺(tái)設(shè)備、整個(gè)車間，甚至整個(gè)工廠的影響都很大，特別是隨著化工、石油、動(dòng)力、輕工、原子能、宇航等工業(yè)的發(fā)展，它的作用變得越發(fā)重要。百余年時(shí)間里，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)機(jī)械密封技術(shù)進(jìn)行了大量研究試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐工作。

1 國(guó)外機(jī)械密封技術(shù)的發(fā)展

1.1 機(jī)械密封的起源

機(jī)械密封的起源于1885年的英國(guó)[1]。面對(duì)常規(guī)填料密封難以解決液壓傳動(dòng)、蒸汽機(jī)和機(jī)床等上的密封難題，有人構(gòu)思出機(jī)械端面密封的解決方案，并申請(qǐng)了第一個(gè)關(guān)于機(jī)械密封的專利。即使是優(yōu)秀的構(gòu)思，應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)往往也需要理論到實(shí)踐的過(guò)程。終于到1900年，該構(gòu)思開始成功應(yīng)用為軸承的油封，其結(jié)構(gòu)如圖1所示[2]。這個(gè)解決方案是機(jī)械密封的雛形。它看起來(lái)簡(jiǎn)單且問(wèn)題諸多，容易遭受人們的質(zhì)疑，但確實(shí)率先提出使用端面進(jìn)行密封的觀點(diǎn)，是創(chuàng)造性的構(gòu)思。

圖1 機(jī)械密封的雛形

在實(shí)踐中不均勻的溫度場(chǎng)往往使得軸發(fā)生熱膨脹而伸長(zhǎng)，導(dǎo)致該雛形容易發(fā)生端面密封失效的情況。為了解決該問(wèn)題，人們于1908年在幾個(gè)汽輪機(jī)密封上開始嘗試改進(jìn)為軸可移動(dòng)的密封環(huán)密封。

1.2 機(jī)械密封的基本結(jié)構(gòu)

1913年，英國(guó)出現(xiàn)在汽輪機(jī)上使用雙端面機(jī)械密封的專利。1919年出現(xiàn)單端面機(jī)械密封[2]。至此，機(jī)械密封的基本結(jié)構(gòu)成形。

機(jī)械密封由摩擦副、緩沖補(bǔ)償機(jī)構(gòu)、輔助密封圈和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，如圖2所示。摩擦副由動(dòng)環(huán)和靜環(huán)組成的密封端面，緩沖補(bǔ)償機(jī)構(gòu)由彈性元件為主要零件組成其作用是使密封端面緊密貼合，輔助密封圈有動(dòng)環(huán)和靜環(huán)密封圈，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使動(dòng)環(huán)隨軸旋轉(zhuǎn)。

圖2 機(jī)械密封的基本結(jié)構(gòu)

1.3 機(jī)械密封的應(yīng)用

1920年以前小型家用冷凍壓縮機(jī)和汽車上水泵的軸封采用了機(jī)械密封。1930年用于內(nèi)燃機(jī)水泵密封。1940年機(jī)械密封在一定的程度上解決了輕烴泵密封問(wèn)題。

1.4 機(jī)械密封的發(fā)展

機(jī)械密封的起步階段，并不受重視，得不到高質(zhì)量的材料做支持。隨著其應(yīng)用的推廣，尤其是應(yīng)用場(chǎng)合的重要性的提高，人們開始嘗試使用更好的材料、加工和檢測(cè)手段來(lái)改進(jìn)它。

自1940年起，密封面的材料被大量嘗試，出現(xiàn)陶瓷、石墨、硬質(zhì)合金等新的密封材料。原來(lái)的密封材料有的被淘汰有的被改進(jìn)，甚至出現(xiàn)了可不進(jìn)行潤(rùn)滑的最佳化配對(duì)材料。杜拉邁特公司發(fā)表了一些選擇材料用的線圖，其中列出了各種液體介質(zhì)和推薦的響應(yīng)材料，從而免除為選用密封元件材料需作的廣泛調(diào)研工作[4]。

對(duì)密封面的泄漏量影響最大的是兩表面間距離。減小兩密封端面的平面度可減小其間距，從而降低泄漏量。

為了降低機(jī)械密封端面的平面度，人們開始使用專用的研磨設(shè)備或手工研磨使端面均勻磨耗，再拋光到具有鏡面光潔度，使平面度檢驗(yàn)中能讀出光帶數(shù)。同時(shí)將檢測(cè)平面度的手段從比較試驗(yàn)法改進(jìn)為使用單色光源和光學(xué)平晶裝置。利用這兩種裝置不僅能定性地測(cè)出平直與否，還能定量地讀出平面度數(shù)。

這三方面的改進(jìn)使得機(jī)械密封的psV值水平提高到3.04 MPa·m/s。

1.5 機(jī)械密封形成

(1)平衡型機(jī)械密封。密封端面壓力變化趨勢(shì)，如圖3所示，粘度大的按曲線1分布，粘度小的按曲線3分布，水按直線2分布[5]。

圖3 液膜壓力的分布

用介質(zhì)反壓系數(shù)來(lái)描述密封端面間液膜平均壓力與密封液體(即介質(zhì))壓力之比，通過(guò)實(shí)驗(yàn)推薦介質(zhì)反壓系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值。一般液體介質(zhì)反壓系數(shù)為0.5，粘度大的液體反壓系數(shù)1/3，氣體、液態(tài)烴等易揮發(fā)介質(zhì)的反壓系數(shù)0.707[5]。

隨著研究的深入，人們認(rèn)識(shí)到可以通過(guò)調(diào)整密封環(huán)的軸向受壓面積來(lái)減少密封液體壓力對(duì)密封端上的密封力的影響程度。理想情況下當(dāng)密封環(huán)軸向受壓面積與密封端面的比值等于介質(zhì)反壓系數(shù)時(shí)，介質(zhì)壓力變化不影響密封端面的密封力。據(jù)此分析，1945年平衡型機(jī)械密封問(wèn)世。機(jī)械密封的psV值水平提高到14.7 MPa·m/s。自此之后，平衡型機(jī)械密封代替了原有的非平衡型機(jī)械密封。

(2)中間環(huán)機(jī)械密封。平衡型機(jī)械密封產(chǎn)生的同年，為解決低速下油膜不能生成足夠的開啟力和高速下密封面摩擦、磨損、發(fā)熱、變形等問(wèn)題，中間環(huán)高壓高速機(jī)械密封也被提出。它是指在靜環(huán)和動(dòng)環(huán)之間增加一個(gè)中間環(huán)，中間環(huán)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)獨(dú)立于主軸轉(zhuǎn)速，形成兩個(gè)密封端面。當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速過(guò)低或過(guò)高時(shí)，可以改變中間環(huán)的轉(zhuǎn)速，從而控制兩個(gè)密封端面的相對(duì)轉(zhuǎn)速在機(jī)械密封端面的承受范圍這內(nèi)。

(3)高溫機(jī)械密封。隨著應(yīng)用場(chǎng)合不斷拓展，機(jī)械密封遭遇了航空、石油化工工業(yè)的新的工況：機(jī)械密封須承受400 ℃高溫。在這種高溫下，傳統(tǒng)的機(jī)械密封中的密封圈都會(huì)很快失效，從而導(dǎo)致機(jī)械密封失效。

為了解決這一難題，美國(guó)西樂(lè)Sealol公司于1957年研制了第一套金屬焊接波紋管高溫機(jī)械密封。該金屬焊接波紋管集彈性元件、輔助密封和轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)機(jī)構(gòu)于一身，可耐受-240～650 ℃，將機(jī)械密封的psV值水平提高到30 MPa·m/s[6]。

(4)組合型非接觸機(jī)械密封。接觸式機(jī)械密封實(shí)驗(yàn)證明：減小彈簧比壓會(huì)使液膜厚度增加，并減小磨損，但同時(shí)會(huì)造成泄漏量的增加；增加彈簧比壓會(huì)減小液膜厚度，減小泄漏量，但會(huì)增加磨損。在人們的認(rèn)知范圍內(nèi)，減小磨損和減小泄漏是矛盾的，直到非接觸機(jī)械密封的產(chǎn)生。

人們對(duì)非接觸密封的構(gòu)思很巧妙。單個(gè)機(jī)械密封難以同時(shí)滿足減小磨損和減小泄漏兩個(gè)任務(wù)，可以將這兩個(gè)任務(wù)分別交給兩個(gè)機(jī)械密封來(lái)共同完成。具體來(lái)說(shuō)就是將非接觸密封和接觸式密封串聯(lián)使用，非接觸機(jī)械密封用以承擔(dān)大部分壓力，完成減小磨損的任務(wù)，而接觸式密封承擔(dān)小部分壓力，完成減小泄漏的任務(wù)。

這種構(gòu)思實(shí)質(zhì)上是組合式機(jī)械密封，最早應(yīng)用在1960年。人們?cè)诿芊舛嗣嫔祥_毫米級(jí)的均布式深槽。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，該深槽使密封端面在力和熱作用下產(chǎn)生周向波度和徑向錐度。周向波度產(chǎn)生流體動(dòng)壓效應(yīng)，徑向錐度產(chǎn)生流體靜壓效應(yīng)。這就是熱動(dòng)力楔機(jī)械密封。人們將其配合接觸式機(jī)械密封使用，成功地解決了減小磨損與減小泄漏的矛盾。

1963年，收斂間隙的靜壓機(jī)械密封配合接觸式機(jī)械密封，同樣成功解決了該矛盾。1963年至1969年，核工業(yè)的發(fā)展使得這兩種機(jī)械密封大量應(yīng)用。機(jī)械密封的psV值水平被提高到167～267 MPa·m/s[6]。

(5)零泄漏非接觸機(jī)械密封。1925年，螺旋槽軸承便被構(gòu)思出來(lái)。如圖4所述，螺旋槽軸承高速運(yùn)動(dòng)時(shí),帶動(dòng)粘性氣體從軸承外部流向旋轉(zhuǎn)中心,氣體沿徑向先后流經(jīng)槽臺(tái)區(qū)與密封區(qū)；在槽臺(tái)區(qū),氣體沿周向周期性地流過(guò)槽區(qū)與臺(tái)區(qū),從而產(chǎn)生對(duì)止推承載力至關(guān)重要的階梯動(dòng)壓效應(yīng)，阻止了止推軸承與轉(zhuǎn)子的摩擦[7]。1947年惠普爾解釋了其工作原理，1964年穆德曼給出其理論計(jì)算方法，1968至1989年，約翰克蘭公司先后研制出圓弧面螺旋槽非接觸機(jī)械密封、平面螺旋槽非接觸機(jī)械密封、28型干運(yùn)轉(zhuǎn)氣體密封、2800和2800E系列干運(yùn)轉(zhuǎn)氣體端面密封產(chǎn)品[6]。

圖4 螺旋槽止推軸承示意圖

在干運(yùn)轉(zhuǎn)氣體端面密封成熟發(fā)展的啟發(fā)下，以色列愛特遜教授于1984年發(fā)明了適用于液體的圓葉槽非接觸機(jī)械密封。該機(jī)械密封設(shè)計(jì)利用表面改形手段在密封端面上開圓葉淺槽。當(dāng)其運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，流體動(dòng)壓產(chǎn)生的剪切流使泄漏流體送回高壓側(cè)。相對(duì)于移植類似技術(shù)的價(jià)值而言，更具有價(jià)值的是愛特遜創(chuàng)造性地提出當(dāng)壓差造成的泄漏流量等于流體動(dòng)壓送回的剪切流量時(shí)，非接觸密封可以達(dá)到零泄漏。顯然該構(gòu)思比組合型機(jī)械密封更高明，它使得非接觸機(jī)械密封不需要接觸式機(jī)械密封的協(xié)助也能獨(dú)立地減小泄漏甚至徹底控制泄漏。

1.6 機(jī)械密封檢測(cè)技術(shù)

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，人們構(gòu)思借助電氣手段來(lái)幫助我們認(rèn)識(shí)機(jī)械密封。1988年起，電氣手段開始被引入到機(jī)械密封，壓電傳感器[8]、電阻應(yīng)變儀[9]和聲發(fā)射儀[10]分別被用于檢測(cè)機(jī)械密封的膜壓、摩擦特性、狀況與振動(dòng)。這些檢測(cè)技術(shù)為機(jī)械密封的研究與狀態(tài)控制提供了更多信息基礎(chǔ)。

2 國(guó)內(nèi)機(jī)械密封技術(shù)

國(guó)內(nèi)對(duì)機(jī)械密封的研究起步較晚，從第一五年計(jì)劃開始，在國(guó)家機(jī)械部、石油部和化工部的組織或引導(dǎo)下，我國(guó)機(jī)械密封技術(shù)大致經(jīng)歷了五個(gè)階段。

2.1 試制階段

1950年3月，沈陽(yáng)第六機(jī)器廠(沈陽(yáng)水泵廠的前身)計(jì)劃科設(shè)計(jì)部，整理水泵通用零件時(shí)，初步形成了對(duì)機(jī)械密封的認(rèn)識(shí)。1956年，蘇聯(lián)先進(jìn)生產(chǎn)者到各地傳播經(jīng)驗(yàn)，促使了蘭州煉油廠、沈陽(yáng)水泵廠等單位開始試制泵用機(jī)械密封。1960年，顧永泉開始研究機(jī)械密封，并在煉油廠推廣機(jī)械密封。1966年，天津機(jī)械密封件廠開始生產(chǎn)機(jī)械密封[5]。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)制定階段

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，參考國(guó)內(nèi)外先進(jìn)結(jié)構(gòu)，聯(lián)合設(shè)計(jì)了“泵用機(jī)械密封系列”,1973年化工部所屬單位組成聯(lián)合設(shè)計(jì)組完成了“釜用機(jī)械密封系列”設(shè)計(jì)工作[5]。1975年，機(jī)械工業(yè)部批準(zhǔn)頒發(fā)了“泵用機(jī)械密封標(biāo)準(zhǔn)”(JB1472-75)[5]。

李秋光認(rèn)為自己是幸運(yùn)的，這種幸運(yùn)不僅體現(xiàn)在完整經(jīng)歷了改革開放40年深圳印刷業(yè)巨變，更體現(xiàn)于見證了一代代印刷人的崛起。

2.3 緊追階段

“五·五”期間機(jī)械工業(yè)部組織了將機(jī)械密封的新材料攻關(guān)作為100項(xiàng)基礎(chǔ)件攻關(guān)的一項(xiàng)。通過(guò)攻關(guān)發(fā)展了耐腐蝕密封及密封用氮化硅，碳石墨等新材料。1977年建立了以生產(chǎn)氮化硅陶瓷密封環(huán)為主的浙江奉化機(jī)械密封件廠[5]。1978年化工部批準(zhǔn)頒發(fā)了“釜用機(jī)械密封標(biāo)準(zhǔn)”(HG5-748-78;HG5-751～756-78)[5]。

2.4 引進(jìn)進(jìn)口產(chǎn)品階段

改革開放之后，我國(guó)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)體制改革，充分接觸國(guó)際市場(chǎng)，機(jī)械密封產(chǎn)品和理論進(jìn)一步發(fā)展。

為了加速密封技術(shù)的發(fā)展，1980年以后陸續(xù)引進(jìn)了英國(guó)Crane Packing有限公司、美國(guó)Sealol公司的普通型機(jī)械密封，西德Burgmann公司反應(yīng)燒結(jié)碳化硅密封環(huán)?！傲の濉逼陂g密封技術(shù)被列入國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃。通過(guò)攻關(guān)、消化引進(jìn)技術(shù)及成套進(jìn)口裝置中的密封件，使機(jī)械密封在品種、材料、技術(shù)參數(shù)等方面都提高到一個(gè)新的水平、部分產(chǎn)品已接近國(guó)外先進(jìn)水平。但是與國(guó)外同類產(chǎn)品相比仍有不少差距，如密封機(jī)理研究不足、制造技術(shù)落后、密封材料種類少等。

2.5 理論完善階段

為解決密封機(jī)理研究不足問(wèn)題，1981，年姚兆生、許仲枚、王俊德等譯著了西德E·邁爾的《機(jī)械密封》，該書在我國(guó)推廣了機(jī)械密封的理論傳播。

1987年，李繼和、蔡紀(jì)寧、林學(xué)海等人合著了我國(guó)第一本關(guān)于機(jī)械密封的專著《機(jī)械密封技術(shù)》。

在1988年，顧永泉的“加強(qiáng)密封科學(xué)管理，提供密封技術(shù)水平”講義[11]里緊跟先進(jìn)技術(shù)，介紹了零泄漏和零逸出技術(shù)。1990年至2001年，顧永泉陸續(xù)出版《流體動(dòng)密封》《機(jī)械端面密封》和《機(jī)械密封實(shí)用技術(shù)》三本專著，全面而詳實(shí)地講述了機(jī)械密封技術(shù)。

至此，我國(guó)機(jī)械密封學(xué)已沉淀了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

3 機(jī)械密封技術(shù)的協(xié)同發(fā)展期

3.1 剖分式機(jī)械密封與集裝式機(jī)械密封

人們?cè)趯?duì)比金屬焊接波紋管與普通機(jī)械密封，發(fā)現(xiàn)前者在裝配、拆卸、維護(hù)、更換方面極大地方便了使用者。于是對(duì)其他機(jī)械密封提出了同樣的需求。

針對(duì)這一需求，出現(xiàn)了兩種設(shè)計(jì)思路。一種是將機(jī)械密封設(shè)計(jì)成剖分式，該思路源于軸承的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)——將軸承蓋設(shè)計(jì)成剖分式可以極大地方便軸承的維護(hù)。另一種是將機(jī)械密封設(shè)計(jì)成集裝式，該思路源于模塊化設(shè)計(jì)，類似于編程語(yǔ)言中的類與對(duì)象的作用，將機(jī)械密封作為一個(gè)模塊來(lái)處理。

實(shí)踐證實(shí)，第一種設(shè)計(jì)思路遭遇了較大的困難，剖分式機(jī)械密封在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)未能成功用于實(shí)踐，即使開始應(yīng)用后也被局限在一個(gè)很窄的使用范圍內(nèi)[12][13]。而集裝式機(jī)械密封，則很快成功應(yīng)用[14-16]。它不僅方便使用者維護(hù)，而且?guī)椭嗽O(shè)備設(shè)計(jì)單位進(jìn)行了工作任務(wù)分解，劃清了設(shè)備整體設(shè)計(jì)與機(jī)械密封設(shè)計(jì)的界限。也因此受到更多方面的支持，得到了更廣泛的歡迎和應(yīng)用。

3.2 機(jī)械密封檢測(cè)與自動(dòng)控制技術(shù)

前文提到，1988年起各種電氣檢測(cè)手段在國(guó)外開始被用于機(jī)械密封。在國(guó)內(nèi)，上世紀(jì)90年代，我國(guó)學(xué)者也做出了相關(guān)研究。劉克旺等[15]對(duì)壓電薄膜傳感器的制作和靜態(tài)標(biāo)定方法及誤差分析。毛紹貝[16]等提出了基于溫度反饋控制的機(jī)械密封方法。

增加檢測(cè)手段，一方面使得理論研究和生產(chǎn)實(shí)踐獲取了更多可靠的數(shù)據(jù)；另一方面驅(qū)動(dòng)了機(jī)械密封的自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展。

顧永泉等[17]研制了相態(tài)檢測(cè)密封系統(tǒng)，并在某煉油廠通過(guò)改變沖洗量來(lái)控制密封面流體膜相態(tài)。江蘇大學(xué)[18]陳匯龍等在非接觸式機(jī)械密封上安裝位移傳感器來(lái)檢測(cè)密封端面間隙，并設(shè)置磁力線圈。當(dāng)間隙小于1.5 μm時(shí)，改變電流使密封端面產(chǎn)生相斥力，使間隙增大；當(dāng)間隙大于5.5 μm時(shí)，改變電流使密封端面產(chǎn)生吸引力，使間隙減小，從而維持間隙在合適的大小。東臺(tái)市光明機(jī)械密封有限公司的[19]的趙恒勇在非接觸機(jī)械密封上設(shè)計(jì)了與靜環(huán)相連的控制環(huán)，控制環(huán)與多個(gè)可以通過(guò)氣壓控制伸縮的伸縮桿相連。改變氣壓大小，可以改變伸縮桿的伸縮量來(lái)改變密封間隙。

3.2 機(jī)械密封故障分析

關(guān)于機(jī)械密封故障分析，我國(guó)崇尚廣泛實(shí)踐基礎(chǔ)上獲取的經(jīng)驗(yàn)。其代表人物有中油撫順工程建設(shè)有限公司職工趙林源。趙林源在機(jī)械密封故障處理領(lǐng)域有杰出的貢獻(xiàn)，被工人日?qǐng)?bào)稱為“密封大王”[20]，于2008年獲得國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)[21]，于2009年出版《機(jī)械密封實(shí)用方法與技巧》，于2011年出版《機(jī)械密封故障分析100例》。另外，王永[22]、高武民[23]、王志強(qiáng)[24]、羅川西[25]、王作恒[26]等討論了機(jī)械密封的故障分析與排除方法，先后講述了各自的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；盧海冰[27]、馬斌良[28]等人研究了機(jī)械密封的改造方法；李楓[29]等人研究了機(jī)械密封修復(fù)中的研磨工藝。

西方人則更重視方法和數(shù)據(jù)。例如法國(guó)CFR Total公司Michalis P.M.M.提出故障樹分析方法[30]。故障樹法，簡(jiǎn)稱為FTA法，是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)對(duì)系統(tǒng)故障的各種因素(包括硬件、軟件、環(huán)境、人為因素)進(jìn)行分析，畫出邏輯框圖(即故障樹)，借此確定系統(tǒng)故障原因的各種可能組合方式或其發(fā)生概率，從而計(jì)算出系統(tǒng)故障概率原因的各種可能組合或其發(fā)生概率，從而計(jì)算出系統(tǒng)故障概率并據(jù)此采取相應(yīng)的解決措施，以提高系統(tǒng)可靠性的一種方法。它類似與當(dāng)下流行的思維導(dǎo)圖，可以幫助人們?cè)诙嘀匾蛩刈饔孟绿幚砘靵y局面。不同的是故障樹法有思維導(dǎo)圖無(wú)法比擬的概率計(jì)算的量化手段，更加科學(xué)。

3.4 機(jī)械密封表面改進(jìn)技術(shù)

圖爾德胡勒·阿不都拉[31]等討論了端面密封的研究現(xiàn)狀，認(rèn)為動(dòng)壓效應(yīng)和泵送效應(yīng)依然是端面密封技術(shù)的研究重點(diǎn)。事實(shí)也證實(shí)了，作為最先進(jìn)的機(jī)械密封，采用表面改形技術(shù)的非接觸式機(jī)械密封依然是研究的熱點(diǎn)。當(dāng)下對(duì)其的研究大致也分了兩個(gè)方向。

一個(gè)方向是設(shè)法在密封端面使用表面改形技術(shù)做出更佳的槽形，更有效地利用流體的靜壓效應(yīng)與動(dòng)壓效應(yīng)。例如浙江大學(xué)的彭旭東等[32]提出一種柱狀微凸體織構(gòu)高度呈現(xiàn)三維波度分布的端面結(jié)構(gòu)，認(rèn)為其比傳統(tǒng)的熱動(dòng)力楔能產(chǎn)生更強(qiáng)的流體動(dòng)壓效應(yīng)，能顯著提高密封可靠性、延長(zhǎng)使用壽命。江西省科學(xué)院的程香平[33]等提出一種具有各自孔型與三維雪花狀槽形相結(jié)合的端面結(jié)構(gòu)，認(rèn)為其可流體產(chǎn)生導(dǎo)流與匯集功能，可以產(chǎn)生極強(qiáng)的動(dòng)壓效應(yīng)與靜壓效應(yīng)，并顯著提高液膜的穩(wěn)定性、動(dòng)壓開啟特性和變壓適應(yīng)調(diào)節(jié)能力。

另一個(gè)方向是對(duì)其作用機(jī)理進(jìn)行深入更深入的剖析。例如新疆大學(xué)的陳志等[34]對(duì)收斂性、直角形和發(fā)散性3種形式的T型動(dòng)壓槽建立幾何模型，并對(duì)液膜流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值分析，發(fā)現(xiàn)三種槽形的端面液膜壓力分布規(guī)律相同，端面液膜壓力均在左側(cè)槽底部達(dá)到最大值，且動(dòng)壓槽兩側(cè)具有明顯的壓差，能夠產(chǎn)生明顯的動(dòng)壓特性;3種槽形結(jié)構(gòu)的開啟力和泄漏量均隨著轉(zhuǎn)速和壓力的增大而增大，其中壓力對(duì)密封性能的影響相對(duì)于轉(zhuǎn)速對(duì)密封性能的影響較大;發(fā)散形槽比直角形和收斂形槽具有更強(qiáng)的動(dòng)壓特性，且擁有較高的開啟力和較低的泄漏量，從而具有較好的密封性能。蘭州理工大學(xué)的王朝亞等[35]以螺旋槽上游泵送機(jī)械密封為研究對(duì)象，用有限差分法離散Reynolds方程，基于軸向力平衡條件作為迭代收斂準(zhǔn)則，采用逐次超松弛迭代(SOR)法在Mathematica軟件中編程求解液膜壓力分布，以及相關(guān)密封特性參數(shù)，并分析不同工況參數(shù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)密封特性的影響。研究結(jié)果表明:泵送率隨進(jìn)口壓力的增加呈非線性減小，隨轉(zhuǎn)速槽深、槽長(zhǎng)壩長(zhǎng)比的增加呈非線性增大;液膜摩擦因數(shù)隨著轉(zhuǎn)速的增加近似以線性方式增大，隨進(jìn)口壓力、槽深、槽 長(zhǎng)壩長(zhǎng)比的增加呈非線性減小;隨著螺旋角的增大泵送率先增大后減小，而液膜摩擦因數(shù)表現(xiàn)出與泵送率相反的趨勢(shì)，說(shuō)明螺旋角存在最優(yōu)值;相比于結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)密封特性的影響，工況參數(shù)的影響較大。

4 未來(lái)展望

(1)更深入的理論研究將會(huì)圍繞機(jī)械密封中涉及的摩擦學(xué)、流體靜力學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)等而進(jìn)行，尤其借用計(jì)算機(jī)的理論計(jì)算和三維仿真計(jì)算將會(huì)被大量應(yīng)用，將更深入地揭示其本質(zhì)，并發(fā)現(xiàn)更多的運(yùn)行規(guī)律。

(2)信息化將使機(jī)械密封更方便地被監(jiān)測(cè)，未來(lái)將可以遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)機(jī)械密封的運(yùn)行狀態(tài)。

(3)自動(dòng)化控制手段將會(huì)被更多的應(yīng)用于實(shí)踐，為智能化打造基礎(chǔ)。