泄漏量是機械密封性能的重要指標。由于泄漏理論研究不充分，同時影響因素眾多，目前工程界尚無廣泛接受的泄漏量計算公式。該文希望能以工程計算的方式，提供一種油類泄漏量的變化趨勢，供大家參考。

　　前言

　　機械密封是一種流體旋轉(zhuǎn)機械的密封裝置，由于其性能可靠、節(jié)能環(huán)保、使用壽命長、自動化程度高等特點，如今廣泛應(yīng)用于石油石化、汽車、船舶、原子能、航空航天等行業(yè)。密封性一般用來評價一個密封的有效性，通常用泄漏量來表示。對于機械密封的泄漏量，我國JB/T4127-85《機械密封技術(shù)條件》中規(guī)定，常溫清水試驗，平均泄漏量軸(或軸套)外徑大于50mm時不超過5mL/h，軸(或軸套)外徑不大于50mm時不超過3mL/h。日本工業(yè)標準(JIS B2405-77)《機械密封通用規(guī)范》中規(guī)定泄漏量為3mL/h以下；原蘇聯(lián)《離心油泵用端面密封——產(chǎn)品檢驗質(zhì)量要求》中規(guī)定泄漏量不超過20mL/h。

　　目前理論界一般都采用德國E.邁爾(Mayer，E)提供的混合潤滑狀態(tài)下的泄漏量公式來進行機械密封泄漏量的定性研究。由于E.邁爾并未給出公式中流動系數(shù)C2的測定方法，所以真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.13house.cn/)認為不能通過該公式來得到泄漏量的精確解。國內(nèi)密封書籍一般沿襲了E.邁爾的方法，目前尚未找到計算泄漏量的準確方法。

　　此文章結(jié)合博格曼機械密封專業(yè)軟件GLRD和E.邁爾(Mayer，E)泄漏量計算公式，對常見的水類和油類工況進行了泄漏量計算，試圖找到一個泄漏量范圍和發(fā)展趨勢，為機械密封的最終用戶、設(shè)備廠商和生產(chǎn)廠家提供一個直觀的認識。

1、理論背景

　　一般認為機械密封端面摩擦副存在3種類型的摩擦狀態(tài)：流體潤滑狀態(tài)(也稱作液膜潤滑狀態(tài))、混合潤滑(也稱作混合磨擦)狀態(tài)和干摩擦狀態(tài)。絕大多數(shù)機械密封工作狀態(tài)都處于混合磨擦狀態(tài)，極少數(shù)流體動壓密封和流體靜壓密封處于流體潤滑狀態(tài)，在開機和關(guān)機的瞬間機械密封可能處于瞬時干摩擦狀態(tài)。密封端面摩擦副處于混合潤滑狀態(tài)時，E.邁爾(Mayer，E)給出如下經(jīng)驗公式：

3、結(jié)果與推論

　　綜上，計算結(jié)果如下：水的泄漏量Q 水=0.835mL/h；ISOVG5的泄漏量為QVG5= =4.30mL/h；ISOVG100的泄漏量為QVG100=93.53mL/h。結(jié)合E.邁爾泄漏量公式，可以得出如下推論：

　　(1)從E.邁爾泄漏量公式可以看出，泄漏量隨著介質(zhì)粘度的增加而增大；

　　(2)一般情況下，水的粘度和端面比壓均小于油，故通常泄漏量小于油；油的混合摩擦中液膜潤滑的比例大于水，即油的潤滑效果較好，不易出現(xiàn)干摩擦；

　　(3)由于水的粘度隨著溫度的升高而減小，其泄漏量將隨之減少，混合摩擦中液膜潤滑部分減少，干摩擦部分增加，密封發(fā)生干摩擦的機會增大；

　　(4)油的粘度隨著溫度提高而減少，泄漏趨勢和潤滑效果同水一致；

　　(5)油的泄漏量與其粘度大致成正比；

　　(6)不同粘度的油類，隨著粘度的增大，存在一個點：在此粘度下，泄漏量符合行業(yè)標準；大于此粘度，泄漏量超標；

　　(7)隨著油類粘度的增大，其潤滑狀態(tài)存在由混合摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)橛湍�潤滑的趨勢�?/p>

　　(8)從泄漏量的角度分析，高粘度油類與普通介質(zhì)不宜選擇同種密封。

4、理論分析

　　隨著介質(zhì)粘度的增加，泄漏量呈現(xiàn)不斷上升的趨勢。布基奇認為，密封摩擦副處在表面張力作用下形成彎月形液面，并由于此處表面張力的作用而達到穩(wěn)定的密封。實際上幾乎所有的接觸式機械密封都是處于混合摩擦狀態(tài)，其中包含了液膜潤滑、邊界潤滑和干摩擦等三種摩擦狀態(tài)。在液膜潤滑部分必然受到介質(zhì)表面張力的影響。一般認為，表面張力隨著分子量的增大而增加，油類的粘度和分子量也呈現(xiàn)類似的趨勢。這個就是隨著油的粘度增加其泄漏量隨之增大的原因。在表面張力作用下，高粘度油類由于較大的表面張力其動靜環(huán)被油膜推開的趨勢增加，摩擦副端面存在轉(zhuǎn)變?yōu)橛湍�潤滑的趨勢�?/p>

　　從計算結(jié)果來看，水和粘度較低的油類泄漏量一般能夠符合行業(yè)標準對泄漏量大小的規(guī)定。油類泄漏量正比于其自身粘度，低粘度油類可以滿足泄漏量允值，隨著粘度的增加，泄漏量逐漸上升，超過一定粘度后，泄漏量超過規(guī)定值。從這個角度分析，用于普通粘度介質(zhì)的機械密封無法用于高粘度介質(zhì)，其泄漏量將無法滿足標準要求。這個結(jié)論同密封的實際應(yīng)用是相符的。

　　主機廠在驗收機械密封時，一般都是以水來進行試驗，通常都能滿足行業(yè)標準提供的泄漏量允值。但是在現(xiàn)場，實際工況往往是具有一定粘度的油類；隨著被密封介質(zhì)粘度的增加，機械密封的泄漏量會不斷地增加，甚至可能超出規(guī)定值。這是由接觸式密封原理本身決定的。密封和泄漏是一個相對的概念，無泄漏是相對的，泄漏是絕對的。一方面對機械密封而言，密封界面維持一層潤滑液膜，使其處于邊界潤滑或混合潤滑狀態(tài)，減少摩擦和磨損而允許少量的泄漏是合理的；另一方面追求過低的泄漏率會增加對密封結(jié)構(gòu)、材料選擇和制造難度，降低經(jīng)濟型。當密封摩擦副表面粗糙度一定時，提高端面比壓雖能減少泄漏損失，但增大了摩擦和摩擦熱，加劇了摩擦副的磨損量，而且摩擦熱還會引起熱變形而促使泄漏量加大，甚至產(chǎn)生熱應(yīng)力裂紋而使密封失效。反之，減少端面比壓可以減少摩擦和磨損，延長密封使用壽命，但是加大了泄漏損失和降低了工作效率。下圖為摩擦、磨損、泄漏、功耗和壽命的關(guān)系。

圖3 摩擦、磨損、泄漏、功耗和壽命的關(guān)系

5、結(jié)束語

　　在實際運用中，如何保證一個滿足客戶需要的泄漏量，同時滿足使用壽命的要求，是我們廣大密封工作者不斷探索，積極進行技術(shù)研發(fā)的一個重要方向。