張北機械密封機理研究進展

　　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。該假說認為端面間穩定而可靠的密封主要是表面張力作用的結果,密封端面實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采用試驗論述了表面張力是密封重要因素這一觀點。同時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或更小時才起作用,在微米級的密封間隙中不起作用;②粘滯是一種動力學的特征,而在密封處于零泄漏時,徑向是沒有動力學過程的。國內李克永等也著文贊同表面張力假說。

　　PBasu,E Schwaiger和U W Senfert等人認為密封面間的液膜起一個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等在低壓張北機械密封潤滑狀況的試驗研究中,觀察到液膜內存在著張力區。通過密封運轉期間壓力傳感器測出了相變區的壓力及液膜破壞前在相變區受到張力的作用。基于端面內有空化、汽化現象的事實,J Digard及M Genhle認為多級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生粘滯力能阻止介質的泄漏。

　　國內鄭海泉、陳汝灼從反面論證了表面張力假說的局限性:①按表面張力計算出的最大密封能力其數值太小,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,修正后數值更小。空化現象的成因、性質、形態、分布等尚不清楚,且密封處于靜止時并不產生空化現象,因此解釋不了靜止時仍有很高密封能力這一事實;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。因為泄漏不但使濕潤角降低，特別是彎月面的形狀和對應的液膜厚度都要朝降低密封能力的方向變化,故密封能力會顯著降低。這不但不能解釋一般密封或多或少有點泄漏的實際情況,對密封面內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,分析了粘度在張北機械密封機理中的地位。基于粘滯力假說,人們對張北機械密封端面間的潤滑狀態進行了研究與探討。Mayer認為普通張北機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用條件。在普通張北機械密封上,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,當兩環相對轉動時,液體從一個空隙轉移到另一個空隙中去,一直到液體質點達到縫隙的終端為止,密封端面處于邊界潤滑狀態。戈盧別夫、Summers-Smith和國內顧永泉、王汝美等認為實際運行的普通張北機械密封一般處于混合潤滑狀態。流體靜壓效應和流體動壓效應在形成液膜過程中起著不同的作用。然而,A O Lebeak在“端面密封的波度預計、測量、起因和影響”一文中,指出水介質中工作的普通端面密封并未產生流體動壓效應,這不能不使人們對此前在張北機械密封領域占有重要位置的混合潤滑理論重新認識。

　　可見張北機械密封機理至今仍然沒有一個完整的密封理論為人們所認同。盡管如此,人們仍孜孜不倦地追尋,因為每一步探索以及由此而提出的假設或獲得的結論,對張北機械密封的設計制造以及應用都起著重要的指導作用。