機械端面密封分析

研究零件可控清潔熱處理工藝、真空等溫淬火熱處理工藝等關鍵技術，開發清潔熱處理裝備，完善熱處理工藝數據庫。開發高溫耐蝕涂層技術、潤滑耐磨抗氧化表面工藝材料、工藝及表面處理裝備。機械端面密封（一）機械端面密封的簡介機械端面密封是指由至少一對垂直于旋轉軸線的端面在流體壓力和補償機構彈力（或磁力）的作用以及輔助密封的配合下保持貼合并相對滑動而構成的防止流體泄漏的裝置。機械端面密封的工作原理是：在彈簧力和介質壓力的作用下，兩個密封端面緊密貼合，使密封端面之間的交界處形成連續（非接觸式）或間斷（接觸式）的液膜或氣膜，形成對帶壓介質的密封。（二）接觸式機械密封接觸式機械密封是最早出現和應用最為普遍的一類機械端面密封。接觸式機械密封的基本元件包括：摩擦副、補償機構、輔助密封圈和傳動防轉機構組成。摩擦副包括旋轉環（動環）和靜止環（靜環）；補償機構由彈性元件組成，如彈簧、波紋管等；輔助密封圈包括動環密封圈、靜環密封圈、壓蓋密封圈等；傳動防轉機構包括傳動銷、防轉銷、鎖緊傳動裝置等。機械密封（此處特指機械端面密封）是指由至少一對垂直于旋轉軸線的端面在流體壓力和補償機構彈力（或磁力）的作用以及輔助密封的配合下保持貼合并相對滑動而構成的防止流體泄漏的裝置。其原理是：在彈簧力和介質壓力的作用下，兩個密封端面緊密貼合，使密封端面之間的交界處形成液膜，形成對帶壓介質的密封。具體包括：a、動環在彈簧力和介質壓力的作用下，與靜環的端面緊密貼合，并發生相對滑動，阻止了工藝流體沿動、靜環端面的泄漏；b、動環輔助密封圈阻止了介質可能沿動環與軸套之間間隙的泄漏；c、靜環輔助密封圈阻止了介質可能沿靜環與端蓋之間間隙的泄漏；d、用O形圈或墊片來密封端蓋與密封腔體連接處，阻止軸套與軸之間的泄漏。簡而言之，通過在過程設備上加裝機械密封裝置，解決了圓周間隙泄漏的問題，讓工藝介質只能從動、靜這個端面往外流出。接觸式機械密封是機械端面密封中的一種常見類型，具有工作可靠、泄漏量少、技術成熟等優點，廣泛應用于石油化工、煤化工、管道輸送、電力、冶金、制藥、食品、船舶、、航空航天等各個工業領域，主要用于解決在不同溫度、壓力、轉速等工況環境下旋轉設備運轉時的密封問題，是壓縮機、泵、釜等旋轉設備的核心零部件。干氣密封是20世紀60年代末期在氣體動壓軸承的基礎上發展起來的一種新型、先進的非接觸式機械端面密封。干氣密封利用流體動力學原理，通過在密封端面上開設動壓槽而實現密封端面的非接觸運行。與接觸式機械密封相比，干氣密封具有以下優點：①非接觸運行，摩擦副不磨損，密封使用壽命長，理論上可以和設備同壽命；②密封功率消耗小，僅為接觸式機械密封的5%左右；③與其他非接觸式密封相比，干氣密封氣體泄漏量小；④當干氣密封的工作介質選用氮氣時，可實現危險介質的零泄漏或零逸出，是一種環保型密封；⑤干氣密封輔助系統在使用中基本不需要維護。干氣密封所具備的這些優點，高度契合易燃易爆、有毒有害等危險介質裝置對軸封在安全、環保、節能、長周期運行方面的需求。尤其是在具有高溫、高速、高壓等特點以及環保要求極高的流體旋轉設備上，干氣密封具有廣闊的應用前景。行業企業經過多年對干氣密封技術的開發、應用和改進，解決了設備低速、振動、頻繁啟動以及介質含粉塵、高溫、高壓等惡劣條件下影響干氣密封運行穩定性的關鍵技術難題，擴大了干氣密封的應用范圍，其使用可靠性和經濟性已被很多工程應用所證實。從高速離心壓縮機，到頻繁啟動的螺桿壓縮機、固液分離的離心機、常規離心泵、低速反應釜、高速泵、真空泵、羅茨風機等；從干凈介質到有毒有害介質、顆粒介質、高溫介質、易凝介質；從轉速幾轉/分鐘的設備到50，000轉/分鐘的超高速設備，干氣密封均已獲得成功應用，并且其應用場景還在不斷的拓展中。增材制造重點解決增材制造領域微觀成形機理、工藝過程控制、缺陷特征分析等科學問題，突破一批重點成形工藝及裝備產品，在航空航天、汽車能源、家電、生物醫療等領域開展應用，引領增材制造產業發展。形成創新設計、材料及制備、工藝及裝備、核心零部件、計量、軟件、標準等相對完善的技術創新與研發體系，結合重大需求開展應用示范，具備開展大規模產業化應用的技術基礎。（一）增材制造控形控性的科學基礎探索增材制造自由成形過程的成形幾何精度、成形效率、材料組織結構與性能的形成規律與關鍵影響因素和控制方法，為提升增材制造工藝技術和裝備設計水平提供堅實的科學支撐，并為形成重大原創性增材制造新技術提供科學指引。（二）基于增材制造的結構優化設計技術發展基于增材制造工藝特性，融合力學、物理與化學多種功能的結構優化設計技術，為結構整體化、輕量化、高性能化和滿足聲、光、電、磁、熱等多功能化提供設計方法和設計軟件，支撐我國高端裝備的自主創新設計和跨越式技術發展。（三）增材制造專用材料制備技術基于增材制造的工藝特性和應用需求，開展增材制造專用金屬和非金屬材料的設計與制備技術研究，最大限度地發揮增材制造技術優勢，大幅度拓展增材制造的產業化應用領域。（四）增材制造的核心裝備設計與制造技術針對激光/電子束選區熔化、激光選區燒結、高能束金屬沉積成形、光固化、激光沉積打印、微滴噴射3D打印、熔融沉積造型等已經展示重大產業化應用價值的增材制造技術，開展相關裝備設計與制造技術的深入研究，占據增材制造產業價值鏈的高端。（五）評價體系與標準建設研究制定增材制造的材料標準、設計標準、工藝標準、裝備標準、檢測標準、數據標準和服務標準等7個方面的標準體系，為增材制造的廣泛產業化應用奠定基礎，并顯著增強我國增材制造技術的國際競爭力。高檔數控機床與基礎制造裝備堅持主機牽引、夯實基礎、突破核心、工藝驗證，聚焦航空航天和汽車兩個重點服務領域，重點攻克高檔數控系統和功能部件等瓶頸，完成150種以上智能、精密、高速、復合型高端制造業裝備的研制和示范應用，大幅提升國家重點工程、國民經濟重點領域關鍵制造裝備國產化率，在強化高端數控裝備單機智能化水平提升的基礎上，逐步實現由單機示范應用向智能化制造成組成套整體解決方案的提升，擴大專項裝備成果的應用成效。（一）航空航天領域高檔數控裝備聚焦航空航天典型結構件加工需求，以提高加工效率和質量為目標，突破關鍵工藝和編程等核心技術；開展高檔五軸數控機床與關鍵成形裝備等主機的應用驗證與示范，推動高檔數控系統和以擺角銑頭為代表的關鍵功能部件實現批量化應用。（二）汽車制造領域高檔數控裝備重點研究數控機床的可靠性快速試驗技術與制造保障技術、數控系統的可靠性第三方測試及可靠性增長技術，突破數控機床可靠性MTBF>2000小時的技術瓶頸，通過示范應用與工藝驗證，大幅提升國產數控機床的組線能力。加強成組成套工藝集成研究，為汽車關鍵零部件制造提供成套解決方案，實現國產高檔數控機床在汽車發動機關鍵零部件高效柔性加工與批量化制造中的成組成套應用。（三）智能裝備與先進工藝重點解決高端裝備產品質量較差、檔次不高，缺乏核心工藝，智能化程度不足，可靠性及精度保持性難題，研制一批代表性智能加工裝備、先進工藝裝備和重大智能成套裝備，支撐我國高端裝備向高精尖和智能化互聯方向發展，引領裝備的智能化升級。我國制造業發展取得的成績（一）制造業總量躍居世界第一，成為名副其實的制造大國近年來我國制造業總體規模已居世界第一位，綜合實力不斷增強，不僅對國內經濟和社會發展做出了重要貢獻，而且成為支撐世界經濟的重要力量。2014年，我國工業增加值達到22．8萬億元，占GDP的比重達到35．85%。2013年我國制造業產出占世界比重達到20．8%。在500余種主要工業產品中，我國有220多種產量位居世界第一。制造業的快速發展，直接促進了我國經濟發展的速度、質量和效益，增強了我國在全球化格局中的國際分工地位。（二）突破了一批核心技術，形成了一批支撐國民經濟發展的重大裝備產品十幾年來，制造業各領域涌現出了一批較有影響、意義深遠的重大成果。國內發電設備裝機中國產發電機組已達80%以上，年產千萬噸級大型煉油廠設備國產化率達90%，國產100萬千瓦超超臨界火電機組、國產750千伏交流輸變電成套設備已投入運行。日產4000噸大型新型干法水泥生產線、60萬噸乙烯、30萬噸級合成氨、百萬噸級鉀肥等一大批大型成套技術裝備實現自主化。神舟系列航天飛船的成功發射，實現了載人航天工程的重大突破。蛟龍號載人潛水器研制和海試成功，標志著中國躋身世界載人深潛先進國家行列。（三）涌現出一批世界級的大企業，企業正在逐步成為技術創新主體2016年《財富》世界500強排行榜中，中國企業達110家，其中以工業為主的有50余家。社會創新要素不斷向企業集聚，工業企業研發投入快速增長，自主創新能力顯著增強。2015年，我國規模以上制造業研發投入強度達到0．91%；企業發明專利申請58．3萬件，占國內發明專利申請受理量的60．2％；企業獲得發明專利授權15．9萬件，占國內發明專利授權量的60．5％。企業作為市場主體，在自主創新中繼續發揮決定性作用。（四）初步形成了企業、高校、院所聯動的產業創新體系近年來，我國制造業加強科技創新、促進科技成果轉化和產業化，取得了重要突破和實質性進展，形成了產學研結合、較為完備的產業創新體系。建設了一批國家重點實驗室、國家工程技術研究中心等科研基地；成立了一批國家產業技術創新戰略聯盟，為我國制造業的健康持續發展提供了重要保障。新型電子制造關鍵裝備面向寬禁帶半導體器件、光通訊器件、MEMS（微機電系統）器件、功率電子器件、新型顯示、半導體照明、高效光伏等泛半導體產業領域的巨大市場需求，開展關鍵裝備與工藝的研究，重點解決電子器件關鍵材料裝備、器件制造裝備等高端裝備缺乏關鍵技術、可靠性低、工藝開發不足等問題，推動新技術研發與關鍵裝備研發的協同發展，構建高端電子制造裝備自主創新體系。（一）寬禁帶半導體/半導體照明等關鍵裝備研究針對碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）等為代表的寬禁帶半導體技術對關鍵制造裝備的需求，開展大尺寸（6吋）寬禁帶半導體材料制備、器件制造、性能檢測等關鍵裝備與工藝研究。針對高亮度半導體照明（LED、OLED）大生產線對制造裝備的需求，開展大產能材料制備、器件制造、性能檢測等關鍵裝備研發，掌握核心技術與工藝，滿足大生產線要求。（二）光通訊器件關鍵裝備及工藝研究針對光通訊器件制造對裝備的需求，重點圍繞硅基光電子芯片工藝裝備、InP（銦磷）基等光電子芯片工藝裝備、光纖器件工藝裝備、光電子器件耦合封裝等關鍵裝備等開展研究，掌握核心技術，實現產品應用，提升國內光通訊器件制造能力及工藝水平。（三）MEMS器件/電力電子器件等關鍵裝備與工藝研究針對MEMS器件、電力電子器件等領域對裝備的特殊工藝需求，開展材料制備、芯片制造、特種封裝、性能檢測等關鍵裝備與工藝的研發，掌握關鍵技術、開發特色工藝，提高國產裝備的工藝適應性及可靠性。研究基于國產裝備為主的成套工藝，完成對國產裝備的工藝優化、可靠性驗證及集成應用，打造自主產業鏈，提升產業競爭力。（四）高效光伏電池關鍵裝備及工藝研究針對下一代高效光伏電池技術（PERC、HIT、黑硅電池等）對關鍵裝備及工藝的需求，開展大產能、高轉換效率光伏電池制造工藝裝備、自動化制造裝備、核心工藝等研究，降低電池片制造成本，轉換效率達到國際領先水平，實現批量銷售。（五）新材料，新器件關鍵電子裝備與核心部件研究針對石墨烯、碳基電子器件、柔性顯示、光互聯等國際上不斷出現的新材料、新器件、新工藝對半導體技術相關的裝備需求，開展面向電子器件應用石墨烯材料制備裝備、大面積轉移裝備、石墨烯電子器件制造裝備、柔性顯示有機膜材料制備裝備、柔性顯示有機器件制造及檢測裝備、碳基電子器件制造裝備、光互聯器件制備裝備、高密度封裝等方面的關鍵裝備開發，滿足研發或產業化需求，推動新技術研發與裝備研發的協同發展。發展先進制造技術是國家戰略需求（一）建設制造強國的戰略需要制造業是國民經濟的主體，是富國之基、強國之本。我國經濟社會各領域的發展，要求制造業提供更先進的生產技術水平、高品質的消費產品、自主可控的重大技術裝備。從制造大國轉變為制造強國，是我國制造業發展的戰略選擇。發展先進制造技術，增強制造領域的自主創新能力和整體實力，推進制造質量和產品品牌建設，才能全面提升我國制造業水平，這是提升我國綜合國力、保障國家安全、建設世界強國的必由之路。（二）經濟發展和產業結構調整的現實需求我國經濟發展已進入速度變化、結構優化和動力轉換的新常態。資源環境約束不斷強化，勞動力等生產要素成本正在加快上升，投資和出口增速放緩，主要依靠資源要素投入、規模擴張的粗放發展模式已難以為繼，推進供給側結構性改革，提質增效已成為經濟發展的主要目標。轉變經濟發展方式，打造競爭新優勢，要依靠科技創新提供發展新動力。（三）應對國際產業競爭的戰略需要世界制造業產業競爭格局正在發生重大調整。歐美等工業發達國家紛紛制定再工業化戰略，重點發展先進制造技術，搶占制造業高端。新興發展中國家也在積極參與全球產業再分工，承接產業及資本轉移，搶占制造業的中低端。雙重擠壓的外部環境短期內不會改變。通過增強制造業技術水平，提高制造業生產效率，使我國制造業在產業競爭中跨入中高端，對國家未來發展意義重大。激光制造面向航空航天、高端裝備、電子制造、新能源、新材料、醫療儀器等戰略性新興產業的迫切需求，實現高端產業激光制造裝備的自主開發，形成激光制造的完整產業體系，促進我國激光制造技術與產業升級，大幅提升我國高端激光制造技術與裝備的國際競爭力。（一）激光與材料的相互作用機理面向航空航天、新能源、電子制造、醫療等領域的國家重大需求，探索激光與材料相互作用的復雜物化過程，研究超快激光制造的新原理、新方法、新應用。開展大功率激光/短波長激光與材料相互作用機理、高精高效制造方法等方面的研究，掌握激光高品質表面制造、精細制造、極端微結構、高精高效制造等制造機制與實現方法。（二）激光器與核心功能部件研究激光器動力學，掌握激光晶體/光學晶體、半導體激光芯片等激光器關鍵功能部件的國產化。針對高端制造用激光器的迫切需求，開展工業化光纖/半導體大功率激光器制造技術、工業化超快（飛秒、皮秒）激光器制造技術、工業化短（紫外、深紫外）波長激光器制造技術等方面的研究，開展激光器標準建設，實現高性能激光器及核心關鍵部件的國產化與產業化。（三）復雜構件表面的激光精細制造技術與裝備研究激光表面精細制造、激光清洗、激光拋光等核心技術，探索器件表面功能性結構的激光高質、高效制造機理與新技術，研究關鍵構件表面微結構成形機理與實現方法，并掌握激光光束路徑規劃及高速掃描、激光制造裝備在線監測與補償、激光制造過程精密在線檢測等裝備關鍵技術，開發航空航天、微電子、生物醫療等領域典型復雜構件的激光精密加工技術與裝備，提升國產激光制造技術與裝備的競爭力。（四）大功率激光高效制造技術與裝備研究特殊工況下的激光制造機理與失效行為，突破大型構件激光制造裝備的設計制造技術瓶頸，攻克大型構件定位、質量在線檢測等關鍵技術，研究激光切割、激光打孔、激光沖擊強化、激光焊接以及激光復合制造等關鍵技術，開發面向飛機、船舶、高鐵等大型構件制造中的高端激光制造技術、裝備與標準。（五）先進激光精密微細制造技術與裝備針對航空航天、微電子、新型微小航空器件、光子集成器件等領域，突破激光衍射極限的納米尺度制造、復雜微納操縱及激光納米連接、激光光束整形與協同控制等關鍵技術，開發硬脆材料高效精密制造、異種材料的激光高性能連接制造、極端微納結構精細制造等技術與裝備，并設計和加工若干具有重大應用前景的新型功能器件。我國制造業發展對科技創新的需求粗放式發展道路已經無法適應我國制造業的發展，通過科技創新提高制造業競爭力是必由之路。在當前我國制造業實施戰略轉型的關鍵時期，制造業健康快速發展對科技創新工作提出了明確的需求。（一）加強制造基礎能力方面的科技創新制造業基礎技術研究能力薄弱已經成為當前制約我國制造業發展的主要瓶頸，其中基礎材料、關鍵基礎零部件、電子元器件、集成電路、傳感器、控制系統、軟件工具及平臺等眾多領域的基礎研究、關鍵技術研究、關鍵工藝研究都沒有掌握自主核心技術，工藝裝備、測試與實驗裝備、標準化等共性技術自主創新能力薄弱，亟需科技攻關。（二）亟需加強制造企業經營管理模式創新我國制造企業管理正處于由傳統管理模式向現代管理模式轉變的階段，經營目標、管理模式、管理理念和決策標準發生根本性變化，多數企業并沒有從根本上改變以產品為中心的傳統制造模式，無法適應互聯網、云制造等模式下的多品種大批量定制化的要求，企業管理信息化、生產過程智能化、咨詢服務網絡化的水平制約著中國制造業的快速發展。（三）亟需提升制造業智能化水平隨著中低端產品加工制造產業重心向東南亞等發展中國家轉移，我國裝備制造業在全球地位面臨挑戰，急需利用互聯網、物聯網、大數據、傳感器等增強裝備產品智能化程度，構建數字化、智能化、網絡化的智能化生產線和數字化工廠，從而提升生產效率、產品質量，提升產業的競爭力。（四）亟需加強新興產業關鍵裝備的研發我國新興產業所需裝備的需求缺口較大。光電子、先進光伏電池設備、新一代通信設備等發展所需的關鍵技術和核心技術的自給率較低，核心技術掌握仍較少，試驗設計能力較欠缺、技術集成能力薄弱、制造裝備進口依賴大，新興產業發展所需的關鍵裝備自給不足。（五）亟需加強綠色制造技術的研發優質高效、節能、節材的先進基礎制造工藝和自動化、智能化技術的普及程度不高，能源消耗、材料利用率及污染排放與國際先進水平相比存在較大差距。亟需發展先進綠色制造技術與產品，突破制造業綠色產品設計、環保材料、節能環保工藝、綠色回收處理等關鍵技術，支撐制造業可持續發展。制造基礎技術與關鍵部件圍繞制造基礎技術與關鍵部件，開展基礎技術與前沿技術研究，突破關鍵技術與共性技術，建立健全基礎數據庫、工業試驗驗證平臺和安全保障技術，完善技術標準體系，為逐步解決國產裝備空心化提供技術支撐，大幅度提高為重點領域和重大成套裝備自主配套能力。（一）基礎件圍繞高速精密重載軸承開展軸承服役性能演變規律與失效機理等基礎理論、材料對性能影響規律和失效機理等研究，掌握高速、精密、重載軸承設計理論、壽命理論及試驗方法，動態性能試驗技術與方法，掌握高鐵軸箱軸承、風力發電機組主軸與齒輪箱軸承、機器人和機床精密軸承、特大型裝備靜壓軸承等設計、試驗和批量化制造核心技術，開展典型應用示范。圍繞高參數齒輪及傳動裝置開展高參數齒輪傳動嚙合失效機理、特殊條件下齒輪副基本工作理論、研究，研究高速重載齒輪傳動、輕合金齒輪、高性能蝸桿傳動及新型機構，基準級別齒輪漸開線樣板設計與超精密制造和計量，突破高參數齒輪傳動和精密減速器設計、制造和檢測共性關鍵技術，形成標準及技術規范，實現高參數齒輪及傳動裝置在民用航空裝備、工程機械、大型海洋裝備、高速列車、海上風電、機器人等裝備的示范應用。圍繞高端液壓件與密封件開展新型高功率重量比和高能量密度液壓件的設計方法研究，高參數液壓閥、泵等新結構和新方法研究。研究密封可靠性設計、延壽、運行試驗技術，開發高性能檢測、可靠性評估和測試裝備，建立性能評價體系與標準。開發高壓力等級多路閥和液壓泵、大規格柱塞泵與比例流量閥、高效率靜液傳動元件與系統、高參數密封件、液壓動力總成系統等，實現在工程機械與農業機械、重型機械、航空航天、海洋工程裝備等示范應用。（二）基礎制造工藝研究高活性金屬與鑄型界面反應機制和成形方法、鑄造全流程精確控制、鑄造過程仿真與在線檢測等關鍵技術，掌握鈦合金、高溫合金鑄件精密鑄造技術、鑄鍛件近凈成形與精準成形工藝，開展各類材料成形過程動態仿真參數優化技術研發應用，實現典型產品應用示范。研究零件可控清潔熱處理工藝、真空等溫淬火熱處理工藝等關鍵技術，開發清潔熱處理裝備，完善熱處理工藝數據庫。開發高溫耐蝕涂層技術、潤滑耐磨抗氧化表面工藝材料、工藝及表面處理裝備。研究高速干切基本機理和新型干切機床結構，工藝參數優化及基礎數據庫；研究微量潤滑作用機理和測試選用技術，低溫微量潤滑集成制造技術；環保清潔切削液配置技術。（三）工業性驗證平臺與基礎數據庫建立精密齒輪及傳動裝置、高壓大流量液壓元件、高參數密封件、高速重載軸承等關鍵基礎件性能及可靠性試驗平臺，工業傳感器、智能儀器儀表性能及可靠性測試平臺，對相關的基礎技術、關鍵部件與產品進行試驗驗證，完善技術標準體系。研究先進制造工藝方法、工藝基礎數據庫，研究并整合國內外制造工藝相關數