石鼓機(jī)械密封機(jī)理研究進(jìn)展

　　對于而言,形成密封作用的假說基本上分成兩類,即表面張力假說和粘滯力假說。

　　最早提出表面張力假說的是A Brkich。該假說認(rèn)為端面間穩(wěn)定而可靠的密封主要是表面張力作用的結(jié)果,密封端面實(shí)際上并不是理想的光滑平面,少量突起部分存在著直接接觸。G E Rajakovics采用試驗(yàn)論述了表面張力是密封重要因素這一觀點(diǎn)。同時(shí)對粘滯假說提出了異議:①粘滯力(主要是指液體和固體表面的附著力)要在間隙為10-9m或更小時(shí)才起作用,在微米級(jí)的密封間隙中不起作用;②粘滯是一種動(dòng)力學(xué)的特征,而在密封處于零泄漏時(shí),徑向是沒有動(dòng)力學(xué)過程的。國內(nèi)李克永等也著文贊同表面張力假說。

　　PBasu,E Schwaiger和U W Senfert等人認(rèn)為密封面間的液膜起一個(gè)軟密封墊那樣的作用,液體分子間的分子力隨粘度增加而上升,且隨密封間隙的增大而下降。J Digard及M Genhle等在低壓石鼓機(jī)械密封潤滑狀況的試驗(yàn)研究中,觀察到液膜內(nèi)存在著張力區(qū)。通過密封運(yùn)轉(zhuǎn)期間壓力傳感器測出了相變區(qū)的壓力及液膜破壞前在相變區(qū)受到張力的作用。基于端面內(nèi)有空化、汽化現(xiàn)象的事實(shí),J Digard及M Genhle認(rèn)為多級(jí)氣隙形成多次表面張力作用是提高總的密封能力的主要原因。

　　然而,以EFBoon為代表的粘滯假說,認(rèn)為某些液體分子由于粘性被粘貼在密封面上,這種因壓差在密封間隙中產(chǎn)生粘滯力能阻止介質(zhì)的泄漏。

　　國內(nèi)鄭海泉、陳汝灼從反面論證了表面張力假說的局限性:①按表面張力計(jì)算出的最大密封能力其數(shù)值太小,以表面張力較大的水來說,在密封間隙為1μm的正常情況下,最大的密封能力不足0.15MPa。若要考慮各種因素的影響,修正后數(shù)值更小。空化現(xiàn)象的成因、性質(zhì)、形態(tài)、分布等尚不清楚,且密封處于靜止時(shí)并不產(chǎn)生空化現(xiàn)象,因此解釋不了靜止時(shí)仍有很高密封能力這一事實(shí);②表面張力假說必須以不漏為前提,一旦泄漏就幾乎完全喪失密封能力。因?yàn)樾孤┎坏節(jié)駶櫧墙档停貏e是彎月面的形狀和對應(yīng)的液膜厚度都要朝降低密封能力的方向變化,故密封能力會(huì)顯著降低。這不但不能解釋一般密封或多或少有點(diǎn)泄漏的實(shí)際情況,對密封面內(nèi)外都有液體的多端面密封的密封能力更無法解釋。

　　EMayer通過大量試驗(yàn),分析了粘度在石鼓機(jī)械密封機(jī)理中的地位。基于粘滯力假說,人們對石鼓機(jī)械密封端面間的潤滑狀態(tài)進(jìn)行了研究與探討。Mayer認(rèn)為普通石鼓機(jī)械密封的摩擦副之間,液膜之薄,牛頓型流體方程缺乏有效的應(yīng)用條件。在普通石鼓機(jī)械密封上,摩擦副端面間總是存在接觸,形成許多彼此間很少連通的空隙,當(dāng)兩環(huán)相對轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),液體從一個(gè)空隙轉(zhuǎn)移到另一個(gè)空隙中去,一直到液體質(zhì)點(diǎn)達(dá)到縫隙的終端為止,密封端面處于邊界潤滑狀態(tài)。戈盧別夫、Summers-Smith和國內(nèi)顧永泉、王汝美等認(rèn)為實(shí)際運(yùn)行的普通石鼓機(jī)械密封一般處于混合潤滑狀態(tài)。流體靜壓效應(yīng)和流體動(dòng)壓效應(yīng)在形成液膜過程中起著不同的作用。然而,A O Lebeak在“端面密封的波度預(yù)計(jì)、測量、起因和影響”一文中,指出水介質(zhì)中工作的普通端面密封并未產(chǎn)生流體動(dòng)壓效應(yīng),這不能不使人們對此前在石鼓機(jī)械密封領(lǐng)域占有重要位置的混合潤滑理論重新認(rèn)識(shí)。

　　可見石鼓機(jī)械密封機(jī)理至今仍然沒有一個(gè)完整的密封理論為人們所認(rèn)同。盡管如此,人們?nèi)宰巫尾痪氲刈穼?因?yàn)槊恳徊教剿饕约坝纱硕岢龅募僭O(shè)或獲得的結(jié)論,對石鼓機(jī)械密封的設(shè)計(jì)制造以及應(yīng)用都起著重要的指導(dǎo)作用。