平顺机械密封机理研究进展

　　对于而言,形成密封作用的假说基本上分成两类,即表面张力假说和粘滞力假说。

　　最早提出表面张力假说的是A Brkich。该假说认为端面间稳定而可靠的密封主要是表面张力作用的结果,密封端面实际上并不是理想的光滑平面,少量突起部分存在着直接接触。G E Rajakovics采用试验论述了表面张力是密封重要因素这一观点。同时对粘滞假说提出了异议:①粘滞力(主要是指液体和固体表面的附着力)要在间隙为10-9m或更小时才起作用,在微米级的密封间隙中不起作用;②粘滞是一种动力学的特征,而在密封处于零泄漏时,径向是没有动力学过程的。国内李克永等也著文赞同表面张力假说。

　　PBasu,E Schwaiger和U W Senfert等人认为密封面间的液膜起一个软密封垫那样的作用,液体分子间的分子力随粘度增加而上升,且随密封间隙的增大而下降。J Digard及M Genhle等在低压平顺机械密封润滑状况的试验研究中,观察到液膜内存在着张力区。通过密封运转期间压力传感器测出了相变区的压力及液膜破坏前在相变区受到张力的作用。基于端面内有空化、汽化现象的事实,J Digard及M Genhle认为多级气隙形成多次表面张力作用是提高总的密封能力的主要原因。

　　然而,以EFBoon为代表的粘滞假说,认为某些液体分子由于粘性被粘贴在密封面上,这种因压差在密封间隙中产生粘滞力能阻止介质的泄漏。

　　国内郑海泉、陈汝灼从反面论证了表面张力假说的局限性:①按表面张力计算出的最大密封能力其数值太小,以表面张力较大的水来说,在密封间隙为1μm的正常情况下,最大的密封能力不足0.15MPa。若要考虑各种因素的影响,修正后数值更小。空化现象的成因、性质、形态、分布等尚不清楚,且密封处于静止时并不产生空化现象,因此解释不了静止时仍有很高密封能力这一事实;②表面张力假说必须以不漏为前提,一旦泄漏就几乎完全丧失密封能力。因为泄漏不但使湿润角降低，特别是弯月面的形状和对应的液膜厚度都要朝降低密封能力的方向变化,故密封能力会显著降低。这不但不能解释一般密封或多或少有点泄漏的实际情况,对密封面内外都有液体的多端面密封的密封能力更无法解释。

　　EMayer通过大量试验,分析了粘度在平顺机械密封机理中的地位。基于粘滞力假说,人们对平顺机械密封端面间的润滑状态进行了研究与探讨。Mayer认为普通平顺机械密封的摩擦副之间,液膜之薄,牛顿型流体方程缺乏有效的应用条件。在普通平顺机械密封上,摩擦副端面间总是存在接触,形成许多彼此间很少连通的空隙,当两环相对转动时,液体从一个空隙转移到另一个空隙中去,一直到液体质点达到缝隙的终端为止,密封端面处于边界润滑状态。戈卢别夫、Summers-Smith和国内顾永泉、王汝美等认为实际运行的普通平顺机械密封一般处于混合润滑状态。流体静压效应和流体动压效应在形成液膜过程中起着不同的作用。然而,A O Lebeak在“端面密封的波度预计、测量、起因和影响”一文中,指出水介质中工作的普通端面密封并未产生流体动压效应,这不能不使人们对此前在平顺机械密封领域占有重要位置的混合润滑理论重新认识。

　　可见平顺机械密封机理至今仍然没有一个完整的密封理论为人们所认同。尽管如此,人们仍孜孜不倦地追寻,因为每一步探索以及由此而提出的假设或获得的结论,对平顺机械密封的设计制造以及应用都起着重要的指导作用。