研究接觸式機械密封的包括端面摩擦特性和密封特性(泄漏指標) 的接觸式機械密封基本性能，有利于延長機械密封的使用壽命，減少因泄漏帶來的損失。通過對前人在機械密封端面摩擦特性及泄漏特性方面的研究成果包括摩擦特性參數、表面形貌的影響及其表征、端面材料配對、泄漏通道模型及界面流體流動特性的綜述，分析了現有研究存在的不足，指出了機械密封基本性能研究的后續方向：全面考察機械密封的摩擦及泄漏特性，優化密封界面泄漏通道模型，建立密封界面流體流動模型。

　　1、前言

　　由于密封表面結構簡單、制造方便，維護成本低，密封性和可靠性良好，接觸式機械密封被廣泛應用于電力、船舶、航空航天、石油化工等過程工業領域的設備中。經過100 多年的發展，其應用領域不斷擴大，在工業中也越來越重要。在能源與資源尤為緊缺的今天，接觸式機械密封工作在50℃下壽命長達5 年、用于水泵壽命長達40年。

　　接觸式機械密封結構如圖1 所示。

圖1 接觸式機械密封結構

　　動環和靜環緊密接觸，形成主密封(摩擦副) ，動環與軸套之間、靜環與設備殼體之間依靠O形圈進行二次密封。其基本性能包括端面摩擦特性( 即抵御摩擦磨損的能力) 和密封特性( 即泄漏指標、泄漏特性) 。

　　本文旨在通過對接觸式機械密封基本性能研究的回顧與分析，總結前人研究的不足，指出今后的研究方向，為進一步深化接觸式機械密封研究、拓展其應用范圍提供參考和依據。

　　5、機械密封基本性能研究趨勢

　　縱觀前人的研究基礎及存在的不足，筆者認為，接觸式機械密封基本性能的研究應從以下幾方面展開:

　　(1) 全面考察機械密封的摩擦及泄漏特性。機械密封運轉過程中，密封界面( 密封端面，O 形圈及其接觸表面) 的不斷磨損不但會引起其形貌的變化，使潤滑條件發生改變，影響摩擦磨損，還會改變泄漏通道的形狀、數量及分布，影響通道內流體的流動，從而使泄漏情況發生改變。此外，密封端面載荷下降、O 形圈松弛老化以及彈性元件載荷下降之間存在著一定關聯，共同影響著密封界面的摩擦及泄漏情況。在考察機械密封的性能時，應綜合考慮這些因素，而不能孤立地進行研究。

　　(2) 優化密封界面泄漏通道模型。基于逾滲理論發現的平墊密封界面存在泄漏現象，為研究密封界面之間的泄漏通道問題提供了新的途徑。

　　在平面上，密封界面的未接觸( 白色方塊) 面積與放大倍數ζ 有關，ζ 越大，白色方塊越多。當白色方塊的幾率達到逾滲閾值，就會從接觸面的一側連通至另一側，形成泄漏通道，如圖7 所示。在空間方向上，密封端面、O 形圈及其接觸面的接觸模型分別如圖8，9所示。

圖7 密封界面泄漏通道的形成過程

圖8 密封端面接觸模型

圖9 O 形圈接觸模型

　　根據逾滲理論建立密封界面三維逾滲模型的同時，采用數值模擬方法研究分析孔隙率、孔隙尺度等對密封界面三維逾滲概率的影響，揭示密封界面間出現孔道的成因，為系統地闡釋接觸式機械密封泄漏機理奠定基礎。

　　(3) 建立密封界面流體流動模型。根據體積平均化( REV) 動力學方程，進行空間平均，建立孔道內的流體壓力、離心力和流動阻力之間的運動方程，與求解流動阻力的能量方程結合，得到密封界面中滿足微觀流動的控制方程; 采用幾何分析法，結合密封界面優化后的泄漏通道模型，考慮不同情形時的流體流線，通過對這些代表性流線的迂曲度取幾何平均和加權平均，求取密封界面中流體流線的迂曲度解析表達式; 基于Fluent 軟件建立直接數值模擬模型，研究密封界面間孔道內的流體的流速、流動阻力和壓降。

　　總之，只有對接觸式機械密封的基本性能進行深入研究，才能全面地了解其在工作過程中的摩擦及泄漏變化情況，通過改善外部條件，減小密封件的摩擦磨損，根據工作條件預測出密封件的泄漏情況和壽命，在其損壞之前進行更換，達到節能減排、提高設備穩定性、保障操作人員生命安全等目的。