Ryan Kremer
在错综复杂的工业机械中，有一个经常被忽视但又不可或缺的部件非常突出：机械密封。从古代文明到现代工业，机械密封在确保泵、压缩机、涡轮机和其它关键设备的平稳运行方面发挥了举足轻重的作用。当我们深入探究机械密封的历史时，我们会发现一个关于创新、适应和技术进步的引人入胜的故事，而这些年来的重点则是减少碳排放。机械密封的起源可以追溯到古代文明，当时人们设计了巧妙的方法来密封液体，并防止早期机械和灌溉系统发生泄漏。在Mesopotamia，人们用粘土塑造陶器和灌溉渠的密封件，为密封原理奠定了基础。同样，古埃及人利用动物脂肪和植物纤维进行防水和密封，以保存宝贵的资源，展示了对后来被称为填料的最初基础的早期理解。
图片 1：压盖填料（图片由流体密封协会提供）在工业革命期间，作为密封技术的一大进步，压盖填料的出现是机械密封发展史上的一个关键时刻。压盖填料是一种起源于古代密封技术的方法，它满足了人们对更有效密封解决方案的迫切需求，改变了工业机械。压盖填料由绳索或纤维组成，通常由亚麻、大麻或棉花等天然纤维材料制成，缠绕在旋转轴上，并通过可调节的压盖将其压缩在轴和壳体之间。这种压缩可形成一道屏障，防止泵、发动机和其它机械设备中的水或蒸汽等流体泄漏。紧密的纤维填料可有效密封旋转轴和静止壳体之间的接口，从而降低泄漏风险，确保工业机械的平稳运行。在工业革命期间，压盖填料的重要性无论如何强调都不为过。它为蒸汽机、水泵和其它驱动工业流程至关重要的机械中普遍存在的流体泄漏问题，提供了可靠而经济的解决方案。通过最大限度地减少泄漏，压盖填料提高了设备的效率和性能，从而在这一历史变革时期提高了生产力，促进了经济的增长。通过填料函、液封环等密封解决方案的进一步创新，压盖填料的简单性和有效性得到了提高，从而进一步增强了工业设备的密封性能。此外，压盖填料通过展示密封技术的基本原理，为当今现代机械密封的发展奠定了基础。
图2：波纹管密封组件
图3：不同的机械密封面设计（形状）
20世纪，在先进工业化和战时需求的推动下，密封技术突飞猛进。第二次世界大战推动了军用设备和机械密封解决方案的创新，促进了橡胶和塑料等合成材料的发展。这些材料提高了耐用性和对恶劣工作条件的耐受性，彻底改变了机械密封在各行各业的应用。
20世纪，端面机械密封诞生，标志着密封技术的一个重要里程碑，旋转设备轴不再作为动态密封元件使用。这些机械密封采用模块化方法，将密封装置的易损部件与设备组件分开，而将密封圈及其支撑部件连接到设备的轴和壳体上。这种创新在安装过程中确实需要更加小心，因为部件必须逐个安装到设备上，但它几乎消除了设备的密封磨损，减少了动力需求和维护，同时提高了效率，减少了工业运行中的停机时间。
在组件密封的基础上，20世纪后半叶出现了集装式密封。这些密封将所有密封元件集成到一个预装单元中，简化了机械密封的安装程序，最大限度地降低了安装不当导致密封失效的风险。集装式密封以其简便性和可靠性迅速风靡各行各业，进一步推动了集装式机械密封技术的需求和发展。20世纪末，压缩机气体密封的开发彻底改变了高压、高速应用领域的密封解决方案。利用密封面形状，这些专用机械密封有效地密封了气体压缩机和涡轮机中旋转部件和静止部件之间的接口（界面），最大限度地减少了气体泄漏，同时提高了设备效率。
金属波纹管机械密封是20世纪中叶和21世纪初推出的另一项显著创新。这些密封采用柔性金属波纹管作为弹簧单元和动态密封元件，与传统的带螺旋簧弹的辅助密封的机械密封相比，具有更优异的弹性和耐用性。金属波纹管密封既使用弹性辅助密封元件，也使用非弹性辅助密封元件，如柔性石墨。这有助于提高各行各业在涉及高温和腐蚀性流体的苛刻环境中的运行可靠性。
随着环境和安全意识的增强，监管机构开始对工业设备实施更严格的标准。为了遵守这些更严格的排放法规，运营商和制造商不断开发新的密封解决方案，以最大限度地减少流程排放。应对排放法规挑战的一个显著解决方案是采用双重集装式机械密封。这些机械密封装置将两个机械密封装置集成在一个密封腔体中，并用隔离液/缓冲液隔开，从而提高了密封性能。这种配置最大程度地降低了流程液体泄漏到大气中的风险，确保符合排放法规要求，同时保持运行效率。双重集装式机械密封通过冗余提供额外的安全性，允许在密封失效的情况下进行流程控制，进一步提高了工业流程的安全性和可靠性。
图4：双重（串联）集装式机械密封在现代，机械密封制造商面临着不断发展的工业趋势和技术所带来的新挑战。高压和高温应用要求密封能够在不影响性能或设备效率的情况下承受极端的工作条件。密封设计的创新、专用涂层和先进材料的使用以及密封支持系统的进步已经解决了许多此类挑战，使密封能够在最苛刻的环境中可靠运行。随着物联网（IoT）和传感器技术的集成，在安全方面取得了进一步的进展，实现了对机械密封的实时监测和预测性维护，同时彻底改变了资产管理实践并提高了运营效率。展望未来，机械密封技术可能会继续强调可持续性、效率和可靠性。材料科学、纳米技术和增材制造技术的进步有望进一步提高密封能力、性能、可靠性和使用寿命。此外，人工智能和机器学习算法的集成将彻底改变密封的优化设计，实现密封性能的实时预测建模和虚拟测试。随着各行各业不断拥抱新兴技术，机械密封将继续在确保机械设备平稳可靠运行方面发挥至关重要的作用，同时为不可避免的工业发展和增长做出贡献。机械密封的发展是人类智慧和创新的见证，是数百年技术进步和工业发展的结晶。从古老的密封技术到现代工程奇迹，机械密封在塑造工业景观方面发挥了重要作用。
作者简介：Ryan Kremer 在 Flowserve公司机械密封行业工作超过15年，担任过各种工程职位。他目前负责管理机械密封新产品开发团队。
免责声明:本平台所发表内容及图片，标原创内容为本人原创。对所有原创、转载文章的陈述与观点均保持中立，原创、转载和分享的内容只以学习为目的，仅供参考，不代表本人的观点和立场。如有侵权和错误，请联系删除或修改，欢迎各位同行，共同交流学习！
