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麵改形及其表麵處理的應用。機械密封通過端麵改形技術，端麵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(yu) 產(chan) 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麵間的微凸體(ti) 緊密接觸而將流體(ti) 密封，因而這種密封在運轉中經常表現為(wei) 混合摩擦狀態，個(ge) 別表現為(wei) 邊界摩擦狀態。由於(yu) 密封端麵直接接觸，摩擦產(chan) 生的熱量會(hui) 使密封麵溫度升高，密封麵間介質汽化，密封環變形，密封麵磨損，甚至產(chan) 生熱衝(chong) 擊和熱裂等。盡管可以使用昂貴的冷卻和衝(chong) 洗係統等輔助設施，但對於(yu) 高速、高溫、低粘度等極端工況，往往不能從(cong) 根本上解決(jue) 題目。

　　非接觸式動壓型機械密封通常是在密封端麵上人為(wei) 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(ti) 動壓效應來進步密封的承載能力，減少端麵問的磨損，極大地延長密封壽命。與(yu) 傳(chuan) 統的機械加工相比，激光加工具有適用麵廣，工件無機械變形、無汙染、速度快、重複性好、自動化程度高等特點。激光加工端麵改形及表麵處理是機械密封領域中一項日趨成熟的新技術。利用脈衝(chong) 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，並形成了基於(yu) 端麵改形與(yu) 表麵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遊泵送機械密封，表麵微凹坑結構的非接觸式機械密封等密封。

　　2.1上遊泵送機械密封

　　“上遊泵送”機械密封的概念，最早是由JSedy受到螺旋槽氣體(ti) 潤滑密封技術成功應用的啟發而提出來的，他將這一技術應用於(yu) 流體(ti) 介質，從(cong) 而開始形成了液體(ti) 上遊泵送密封技術。當端麵外徑開設流體(ti) 動壓槽的動環旋轉時，動壓槽把外徑側(ce) 的高壓氣體(ti) 在粘性剪切力的作用下“泵”進密封端麵之間，使由外徑至槽徑處氣膜壓力逐漸增加，而自槽徑至內(nei) 徑處氣膜壓力逐漸下降。當端麵介質壓力增加使所形成的開啟力大於(yu) 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(liang) 端麵分離並處於(yu) 穩定的非接觸狀態。由於(yu) 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(cong) 而實現了密封介質的零泄漏或零逸出。上遊泵送機械密封的端麵形貌結構多種多樣，回納起來主要有多圓葉台階型、雷列台階型、類螺旋槽型及組合式複雜槽型等四大類，其中尤以類螺旋槽機械密封的應用最為(wei) 普遍。

      2.2端麵微凹坑機械密封

　　這個(ge) 概念是由以色列教授Etsion最先提出來的，1994年他提出了在端麵上加工很多孔(凹坑)能夠明顯進步機械密封性能的觀點。1996年又提出了環表麵帶有規則微觀凹坑的機械密封，其結構如圖2所示。

　　當兩(liang) 環作相對轉動時，由於(yu) 相對速度，流體(ti) 粘度，液膜厚度變化等因素，會(hui) 在凹坑及其四周區域產(chan) 生流體(ti) 動壓力，提供了使兩(liang) 環分離的承載力，使兩(liang) 環形成非接觸。1996年，他建立了評價(jia) 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(you) 異的密封性能，並確定了20％為(wei) 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端麵改形機理

　　端麵改形的機理是流體(ti) 動壓效應。基於(yu) 流體(ti) 消息壓潤滑理論，機械密封通過在一個(ge) 密封環端麵加工成一定外形的流體(ti) 動壓槽，由這些槽產(chan) 生分離兩(liang) 密封端麵的開啟力來達到非接觸，零泄露。但對於(yu) 非接觸機械密封也存在著怎樣減小泄漏量，進步流體(ti) 膜剛度和工作穩定性等題目。同時，為(wei) 了使加工出的流體(ti) 槽最大程度的產(chan) 生開啟力，要求加工時保證尺寸精度和表麵粗糙度，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複雜，結構精細而精度高、粗糙度要求嚴(yan) 格的特點。由於(yu) 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(wei) 力。通過實踐摸索總結了一些方法，在密封端麵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製出第一台紅寶石激光器，隨著世界科技與(yu) 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(wei) 迅速，從(cong) 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、相幹性、方向性和高光強特點。激光束易於(yu) 傳(chuan) 輸，其時間特性和空間特性可以分別控製，經聚焦後可得到極小的光斑，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(yu) 設備已相當成熟，形成係列激光加工工藝。用於(yu) 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(ti) 激光泵浦的固體(ti) 激光器以及飛秒激光器、光纖激光器等。