綜述了近年來非接觸式機械密封中的發展概況，重點介紹了激光加工技術以及在機械密封端面改形及其表面處理的應用。機械密封通過端面改形技術，端面被加工成規則的螺旋槽形、微凹坑、人字形等外形，改善密封性能，實現密封的非接觸，零泄露。激光技術的成熟與產品性能要求的進步是非接觸式動壓型機械密封發展的強大動力。盡管目前激光加工機械密封的研究應用還存在很多不足，但激光加工無疑是2l世紀機械密封發展的一大趨勢。
1 前言
普通機械密封是依靠密封端面間的微凸體緊密接觸而將流體密封，因而這種密封在運轉中經常表現為混合摩擦狀態，個別表現為邊界摩擦狀態。由于密封端面直接接觸，摩擦產生的熱量會使密封面溫度升高，密封面間介質汽化，密封環變形，密封面磨損，甚至產生熱沖擊和熱裂等。盡管可以使用昂貴的冷卻和沖洗系統等輔助設施，但對于高速、高溫、低粘度等極端工況，往往不能從根本上解決題目。
非接觸式動壓型機械密封通常是在密封端面上人為地加工一些規則的流槽，如螺旋槽、圓弧槽、直線槽等。利用流體動壓效應來進步密封的承載能力，減少端面問的磨損，極大地延長密封壽命。與傳統的機械加工相比，激光加工具有適用面廣，工件無機械變形、無污染、速度快、重復性好、自動化程度高等特點。激光加工端面改形及表面處理是機械密封領域中一項日趨成熟的新技術。利用脈沖激光束進行切割、打孔或者熱處理等，大大改良了機械密封的加工精度和密封性能。
2 非接觸動壓型機械密封
非接觸式機械密封經過多年的發展，并形成了基于端面改形與表面處理而進步密封綜合性能的發展趨勢。目前，非接觸式機械密封種類很多，主要有各種槽壩型結構的上游泵送機械密封，表面微凹坑結構的非接觸式機械密封等密封。
2.1上游泵送機械密封
“上游泵送”機械密封的概念，最早是由JSedy受到螺旋槽氣體潤滑密封技術成功應用的啟發而提出來的，他將這一技術應用于流體介質，從而開始形成了液體上游泵送密封技術。當端面外徑開設流體動壓槽的動環旋轉時，動壓槽把外徑側的高壓氣體在粘性剪切力的作用下“泵”進密封端面之間，使由外徑至槽徑處氣膜壓力逐漸增加，而自槽徑至內徑處氣膜壓力逐漸下降。當端面介質壓力增加使所形成的開啟力大于作用在密封環上的閉協力時，迫使在靜止狀態下保持接觸的兩端面分離并處于穩定的非接觸狀態。由于中間高壓介質所形成的氣膜完全阻塞了密封介質泄漏通道，從而實現了密封介質的零泄漏或零逸出。上游泵送機械密封的端面形貌結構多種多樣，回納起來主要有多圓葉臺階型、雷列臺階型、類螺旋槽型及組合式復雜槽型等四大類，其中尤以類螺旋槽機械密封的應用最為普遍。
2.2端面微凹坑機械密封
這個概念是由以色列教授Etsion最先提出來的，1994年他提出了在端面上加工很多孔(凹坑)能夠明顯進步機械密封性能的觀點。1996年又提出了環表面帶有規則微觀凹坑的機械密封，其結構如圖2所示。
當兩環作相對轉動時，由于相對速度，流體粘度，液膜厚度變化等因素，會在凹坑及其四周區域產生流體動壓力，提供了使兩環分離的承載力，使兩環形成非接觸。1996年，他建立了評價這種機械密封的數學模型，通過假定公道的邊界條件，計算出了在不同幾何形貌的凹坑下密封的性能。結果發現：根據密封工作狀況，選擇合適的凹坑大小和凹坑分布率，可以獲得優異的密封性能，并確定了20％為凹坑的最佳分布率，同時也可以根據介質粘性、密封壓力、凹坑比率等，來確定凹坑的大小。
2.3端面改形機理
端面改形的機理是流體動壓效應。基于流體消息壓潤滑理論，機械密封通過在一個密封環端面加工成一定外形的流體動壓槽，由這些槽產生分離兩密封端面的開啟力來達到非接觸，零泄露。但對于非接觸機械密封也存在著怎樣減小泄漏量，進步流體膜剛度和工作穩定性等題目。同時，為了使加工出的流體槽最大程度的產生開啟力，要求加工時保證尺寸精度和表面粗糙度，這就給加工帶來了困難。近年來對不同槽型的特性進行了研究，這些槽型都具有外形復雜，結構精細而精度高、粗糙度要求嚴格的特點。由于加工動壓槽的密封環多數是硬質材料，所以加工有相當難度，機械加工方法幾乎無能為力。通過實踐摸索總結了一些方法，在密封端面上開各種槽型主要有光化學腐蝕法、電火花加工、電化學加工法、激光加工法等。
3 激光加工技術
自1960年美國科學家梅曼研制出第一臺紅寶石激光器，隨著世界科技與經濟發展的需要，激光技術有了迅速發展，尤其近十幾年來的發展更為迅速，從而也極大地促進了激光加工技術的更廣泛應用。激光具有單色性、相干性、方向性和高光強特點。激光束易于傳輸，其時間特性和空間特性可以分別控制，經聚焦后可得到極小的光斑，具有極高功率密度的激光光束可以熔化、氣化任何材料，也可進行局部區域的精密快速加工。
經過多年來的研究開發和完善，當代的激光器和激光加工技術與設備已相當成熟，形成系列激光加工工藝。用于材料加工的激光器，主要有二氧化碳激光器、YAG激光器、準分子激光器和半導體激光泵浦的固體激光器以及飛秒激光器、光纖激光器等。
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