机械密封基础研究

    密封就是防止或限制“泄漏”的技术或者零部件。泄漏主要指具有一定的压力、温度和其他物理、化学特性（如易燃、易爆、有毒、腐蚀、放射性等等）的流体的泄漏。泄露的动力有三种：一是压力差，二是浓度差（扩散），三是表面张力（渗漏）。为了达到密封之目的，密封副之间一般都是小间隙或者接触。动密封摩擦副之间难免产生摩擦和磨损，特别是密封件是要同机内介质直接接触的（这与轴承不同），因此一般动密封是所有机械零件当中最易损的零部件，其寿命和可靠性往往低于轴承。因此，密封直接涉及整个大设备的节能、环保、安全、长寿运转的重要问题。

      密封有的是零件，有的是部件，有的甚至带有比较复杂的条件保证和监测控制系统。比如石油、天然气和石油化工系统的干气密封，压水堆核电站主泵的机械密封等等，就是复杂的高技术产品。密封虽小，但其涉及的学科很多，包括：流体力学、固体力学、动力学、热力学和传热学、材料学、摩擦学、测控技术、安全和可靠性技术、精密和特种工艺等等。

       机械密封的基础研究包括：端面间摩擦工况及其机理；端面的机械变形和热变形及其对摩擦工况的影响；端面的温度分布；密封组件的动力学特性(即“追随性”问题)等。

      机械端面间摩擦工况的结论:第一，普通机械密封(用碳石墨之类的低弹性模量的材料制造密封环，密封水之类的低粘度介质)一般处于边界摩擦状态，此时泄漏量较低;第二，当密封环的刚度较大并且存在一定净波度时，此时存在明显的泄漏;第三，在一定的条件下(例如粘度较高、转速较大)，当存在一定的净波度时，可以造成明显的流体动压效应(同时存在流体静压效应)，界面可能处于全液膜润滑状态，此时泄漏量较大。

      机械密封机械变形和热变形问题的基本结论：首先，密封端面的机械变形(包括压力变形和由弹簧和驱动机构引起的变形等)和热变形对于界面的摩擦工况具有重要的影响;其次，就端面的径向变形而言，应该使端面形成很小的收敛性间隙(此时流体静压效应显著)，或者保持良好贴合(此时可能形成边界润滑)，而扩张形间隙则是有害的;第三，就端面的周向变形而言，微小的净波度(无论是由机械变形引起的还是由热变形引起的)在一定的条件下可以产生不同程度的动压效应(同时伴随着静压效应);第四，无论动压效应还是静压效应的增强都会使泄漏率增加(仅仅就普通端面密封而言)。

机械密封是一种防止流体泄露的技术或零部件，它涉及多个学科领域。基础研究主要关注端面间的摩擦工况、机械和热变形以及密封组件的动力学特性。端面摩擦有三种情况：边界摩擦状态下泄漏量低、刚度大且存在净波度时泄漏量明显、在特定条件下全液膜润滑状态泄漏量大。端面变形对摩擦工况有重要影响，合适的径向变形可以增强静压效应，周向的微小净波度可能产生动压效应。但无论动压还是静压效应的增强都可能增加泄漏率。
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