综述了近年来非接触式机械密封中的发展概况，重点介绍了激光加工技术以及在机械密封端面改形及其表面处理的应用。机械密封通过端面改形技术，端面被加工成规则的螺旋槽形、微凹坑、人字形等外形，改善密封性能，实现密封的非接触，零泄露。激光技术的成熟与产品性能要求的进步是非接触式动压型机械密封发展的强大动力。尽管目前激光加工机械密封的研究应用还存在很多不足，但激光加工无疑是2l世纪机械密封发展的一大趋势。

　　1 前言

　　普通机械密封是依靠密封端面间的微凸体紧密接触而将流体密封，因而这种密封在运转中经常表现为混合摩擦状态，个别表现为边界摩擦状态。由于密封端面直接接触，摩擦产生的热量会使密封面温度升高，密封面间介质汽化，密封环变形，密封面磨损，甚至产生热冲击和热裂等。尽管可以使用昂贵的冷却和冲洗系统等辅助设施，但对于高速、高温、低粘度等极端工况，往往不能从根本上解决题目。

　　非接触式动压型机械密封通常是在密封端面上人为地加工一些规则的流槽，如螺旋槽、圆弧槽、直线槽等。利用流体动压效应来进步密封的承载能力，减少端面问的磨损，极大地延长密封寿命。与传统的机械加工相比，激光加工具有适用面广，工件无机械变形、无污染、速度快、重复性好、自动化程度高等特点。激光加工端面改形及表面处理是机械密封领域中一项日趋成熟的新技术。利用脉冲激光束进行切割、打孔或者热处理等，大大改良了机械密封的加工精度和密封性能。

　　2 非接触动压型机械密封

　　非接触式机械密封经过多年的发展，并形成了基于端面改形与表面处理而进步密封综合性能的发展趋势。目前，非接触式机械密封种类很多，主要有各种槽坝型结构的上游泵送机械密封，表面微凹坑结构的非接触式机械密封等密封。

　　2.1上游泵送机械密封

　　“上游泵送”机械密封的概念，最早是由JSedy受到螺旋槽气体润滑密封技术成功应用的启发而提出来的，他将这一技术应用于流体介质，从而开始形成了液体上游泵送密封技术。当端面外径开设流体动压槽的动环旋转时，动压槽把外径侧的高压气体在粘性剪切力的作用下“泵”进密封端面之间，使由外径至槽径处气膜压力逐渐增加，而自槽径至内径处气膜压力逐渐下降。当端面介质压力增加使所形成的开启力大于作用在密封环上的闭协力时，迫使在静止状态下保持接触的两端面分离并处于稳定的非接触状态。由于中间高压介质所形成的气膜完全阻塞了密封介质泄漏通道，从而实现了密封介质的零泄漏或零逸出。上游泵送机械密封的端面形貌结构多种多样，回纳起来主要有多圆叶台阶型、雷列台阶型、类螺旋槽型及组合式复杂槽型等四大类，其中尤以类螺旋槽机械密封的应用最为普遍。

      2.2端面微凹坑机械密封

　　这个概念是由以色列教授Etsion最先提出来的，1994年他提出了在端面上加工很多孔(凹坑)能够明显进步机械密封性能的观点。1996年又提出了环表面带有规则微观凹坑的机械密封，其结构如图2所示。

　　当两环作相对转动时，由于相对速度，流体粘度，液膜厚度变化等因素，会在凹坑及其四周区域产生流体动压力，提供了使两环分离的承载力，使两环形成非接触。1996年，他建立了评价这种机械密封的数学模型，通过假定公道的边界条件，计算出了在不同几何形貌的凹坑下密封的性能。结果发现：根据密封工作状况，选择合适的凹坑大小和凹坑分布率，可以获得优异的密封性能，并确定了20％为凹坑的最佳分布率，同时也可以根据介质粘性、密封压力、凹坑比率等，来确定凹坑的大小。

　2.3端面改形机理

　　端面改形的机理是流体动压效应。基于流体消息压润滑理论，机械密封通过在一个密封环端面加工成一定外形的流体动压槽，由这些槽产生分离两密封端面的开启力来达到非接触，零泄露。但对于非接触机械密封也存在着怎样减小泄漏量，进步流体膜刚度和工作稳定性等题目。同时，为了使加工出的流体槽最大程度的产生开启力，要求加工时保证尺寸精度和表面粗糙度，这就给加工带来了困难。近年来对不同槽型的特性进行了研究，这些槽型都具有外形复杂，结构精细而精度高、粗糙度要求严格的特点。由于加工动压槽的密封环多数是硬质材料，所以加工有相当难度，机械加工方法几乎无能为力。通过实践摸索总结了一些方法，在密封端面上开各种槽型主要有光化学腐蚀法、电火花加工、电化学加工法、激光加工法等。

　　3 激光加工技术

　　自1960年美国科学家梅曼研制出第一台红宝石激光器，随着世界科技与经济发展的需要，激光技术有了迅速发展，尤其近十几年来的发展更为迅速，从而也极大地促进了激光加工技术的更广泛应用。激光具有单色性、相干性、方向性和高光强特点。激光束易于传输，其时间特性和空间特性可以分别控制，经聚焦后可得到极小的光斑，具有极高功率密度的激光光束可以熔化、气化任何材料，也可进行局部区域的精密快速加工。

　　经过多年来的研究开发和完善，当代的激光器和激光加工技术与设备已相当成熟，形成系列激光加工工艺。用于材料加工的激光器，主要有二氧化碳激光器、YAG激光器、准分子激光器和半导体激光泵浦的固体激光器以及飞秒激光器、光纤激光器等。