接觸式機(jī)械密封在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，動(dòng)環(huán)和靜環(huán)流體機(jī)械密封的接觸面要摩擦生熱，對(duì)于高PV值系統(tǒng)，摩擦熱在密封面上造成高溫，會(huì)使磨損和熱變形增大;當(dāng)溫度超過(guò)一定值時(shí)，潤(rùn)滑膜汽化，摩擦和磨損加劇;如果溫度大大超過(guò)材料允許的使用溫度，則密封環(huán)可能產(chǎn)生熔融、膠合或大耐泵機(jī)械密封熱裂等故障，造成停工停產(chǎn)，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失或環(huán)境污染。因而，接觸式機(jī)械密封有必要利用流體動(dòng)壓效應(yīng)來(lái)提高密封的承載能力，減小摩擦、磨損和漏損，提高密封的可靠性，延長(zhǎng)密封的壽命。利用流體動(dòng)壓效應(yīng)的通常做法是在摩擦副的一個(gè)密封面上開(kāi)設(shè)某種形狀的流體動(dòng)壓槽。在這些流槽的作用下，普通排污泵機(jī)械密封的接觸式密封變成流體動(dòng)壓非接觸式密封。這些流槽能起流體動(dòng)力潤(rùn)滑作用，使密封端面脫離接觸，又能起密封作用防止泄漏。根據(jù)機(jī)械密封的工況條件、工作參數(shù)及使用要求，流槽可以設(shè)計(jì)成不同的平面圖形和截面槽形。平面圖形有人字槽、八字槽、螺旋槽、圓弧槽、直線槽等，截面槽形有梯形槽、方形槽、V形槽、斜底槽等。流槽按槽深可分為兩大類：一類是淺槽，深度在μm量級(jí);一類是深槽，深度在mm量級(jí)。不同深度的流槽作用機(jī)理不同，淺槽的密封機(jī)理為流體動(dòng)壓效應(yīng)，而深槽的密封機(jī)理為熱流體動(dòng)力模效應(yīng)或流體動(dòng)壓墊效應(yīng)。流槽的幾何參數(shù)對(duì)密封性能影響很大，如槽深、槽數(shù)、槽徑比、入口角及槽面粗糙度等都直接關(guān)系到開(kāi)啟力、泄漏量、剛漏比、端面溫升、摩擦系數(shù)等密封性能參數(shù)的大小。μm級(jí)的淺流槽當(dāng)槽深僅差幾個(gè)μm時(shí)，泄漏量就會(huì)有很大的變化，因而精確設(shè)計(jì)和加工動(dòng)壓槽直接影響著機(jī)械密封的質(zhì)量。目前，我國(guó)的機(jī)械密封工業(yè)已有長(zhǎng)足的發(fā)展，國(guó)產(chǎn)的機(jī)械密封產(chǎn)品正運(yùn)行在某些大型或關(guān)鍵的設(shè)備上，有的還取代了進(jìn)口產(chǎn)品，累計(jì)運(yùn)行已達(dá)5年以上。但是要進(jìn)一步提高機(jī)械密封產(chǎn)品的檔次，還必須從設(shè)計(jì)、材料、工藝等諸方面作許多工作，如密封環(huán)端面流體動(dòng)壓槽的加工問(wèn)題便是其中突出的一個(gè)。

 

2密封材料

 

密封材料的性能直接關(guān)系到動(dòng)壓槽的加工。在通常的情況下，摩擦副的硬環(huán)多選用WC硬質(zhì)合金制作。因WC硬質(zhì)合金具備硬度較高、耐磨損性能較好、強(qiáng)度較高等特點(diǎn)，所以是一種較好的密封材料。但是，隨著工業(yè)的發(fā)展，機(jī)械設(shè)備的性能要求越來(lái)越高，工況條件可能是高壓、高速、高溫等，而密封介質(zhì)又可能具有強(qiáng)腐蝕性或者含有磨料顆粒等，在這些情況下，WC硬質(zhì)合金就不是理想的密封材料了。高參數(shù)的工況條件給機(jī)械密封的研制提出了新的要求，尤其是作為摩擦副硬質(zhì)材料的質(zhì)量應(yīng)達(dá)到更高的標(biāo)準(zhǔn)，如耐磨損性、耐腐蝕性、機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性、自潤(rùn)滑性、氣密性、可加工性以及與之配對(duì)的材料無(wú)過(guò)大磨損和電化學(xué)腐蝕等。而SiC陶瓷幾乎滿足了上述的所有要求，是近年開(kāi)發(fā)并投入使用的新的硬質(zhì)密封材料，在化工、煉油、造紙、汽車、原子能、航空、航天等各個(gè)工業(yè)部門的機(jī)械密封中，被越來(lái)越多地選為摩擦副材料?？梢哉f(shuō)，為適應(yīng)機(jī)械密封的發(fā)展，新的密封材料會(huì)不斷地被開(kāi)發(fā)。

 

3密封環(huán)端面流體動(dòng)壓槽的加工方法

 

密封環(huán)動(dòng)壓槽在非接觸機(jī)械密封中得到越來(lái)越多的應(yīng)用，但是動(dòng)壓槽的形狀復(fù)雜，結(jié)構(gòu)精細(xì)而精度高，粗糙度要求也嚴(yán)格，尤其是加工動(dòng)壓槽的密封環(huán)多是硬質(zhì)材料的，所以動(dòng)壓槽的加工困難很大，常規(guī)的機(jī)械加工法幾乎無(wú)能為力，因而，人們探索了多種方法，主要有以下幾種：

 

3.1光刻法(化學(xué)腐蝕)

 

先在被刻槽的工件上涂以感光膠膜，然后將事先準(zhǔn)備好的底片放于其上，經(jīng)曝光，顯影，涂保護(hù)層，再在蝕刻液中浸蝕，便可得到所需的動(dòng)壓槽。這一方法在青銅上刻槽尚可，在硬質(zhì)合金上刻槽時(shí)，由于膠膜在較高溫度下耐不住浸蝕液的的長(zhǎng)時(shí)間腐蝕，所以刻出的槽形質(zhì)量不高。

 

3.2電火花加工(電蝕刻)

 

該方法是利用兩個(gè)電極放電的方法，將動(dòng)壓槽內(nèi)待去除的材料蝕刻掉。該方法的關(guān)鍵是制作放電頭，放電頭端面結(jié)構(gòu)和密封環(huán)端面動(dòng)壓槽結(jié)構(gòu)相同，但圖案是突出的。密封環(huán)和放電頭分別作兩個(gè)電極通電，當(dāng)兩個(gè)端面接觸時(shí)，產(chǎn)生放電，密封環(huán)端面動(dòng)壓槽部位的材料即被蝕刻掉。不過(guò)這一方法要求電介質(zhì)性能要好，放電頭端面與密封環(huán)端面要平行等，以取得均勻放電的效果，否則各槽的槽深將難以保證。這一方法的缺點(diǎn)是加工放電頭困難;電蝕刻的效率太低，否則放電頭損耗又較大;加工成本高;效果也欠佳;同時(shí)電加工產(chǎn)生的表面應(yīng)力造成的微裂紋會(huì)使材料的強(qiáng)度降低。

 

3.3電鍍法

 

這一方法是將密封環(huán)端面動(dòng)壓槽以外的部位鍍上一層硬質(zhì)材料，從而制成動(dòng)壓槽的圖案。這一方法的使用條件首先槽要淺，其次被鍍端面必須是能夠電鍍的材料，而且鍍層要致密，和被鍍面結(jié)合強(qiáng)度要足夠高。同時(shí)電鍍過(guò)程中被鍍件懸掛要正確，否則不同部位的鍍層厚度誤差將加大，造成槽深的不均勻，這樣也破壞了密封環(huán)兩個(gè)端面的極高的平行度。

 

3.4噴砂法

 

這一方法首先要制造噴沙掩膜，掩膜上開(kāi)孔的圖案同于動(dòng)壓槽結(jié)構(gòu)。當(dāng)掩膜置于密封件端面上時(shí)，端面上動(dòng)壓槽以外的部位被蓋住，露出的部位的材料被高能噴沙去除，形成一定深度的動(dòng)壓槽。這一方法的技術(shù)關(guān)鍵在于掩膜材料的選擇、掩膜的制造、掩膜與密封環(huán)端面的貼合及噴砂工藝的掌握等。噴沙方法的問(wèn)題是制造精度較低，加工的動(dòng)壓槽的邊緣不齊，尖角等精細(xì)部位的失真嚴(yán)重，截面槽形不好，噴砂面粗糙等，這些都會(huì)影響槽線的流體動(dòng)壓效果及密封特性。