機械在20世紀之前有什么發展歷程?
機械密封最早于1885 年在英國以專利形式出現,20世紀初開始應用于實踐。簡單的端面機械密封解決了機器制造業中轉軸密封問題,同慣用的填料密封相比,無論在功能上還是構成原理上,機械密封都有著明顯的先進性。但由于當時缺乏合適的材料和加工機床,盡管這種密封結構有很多優點,其效用并未完全發揮,機械密封的應用還不多。直到20世紀20年代,隨著新工藝和新材料的出現,機械密封的使用可靠性和壽命得以提高,加上制造費用的降低,機械密封才逐步在許多冷凍裝置上得到較多的使用。20世紀30年代后,機械密封開始用于內燃機水泵的軸封。
第二次世界大戰之后,機械密封在美國得到了迅速普及。隨著石油化學工業的發展,石墨、陶瓷、硬質合金等材料在機械密封動靜環制造中的應用以及加工技術中表面粗糙度控制水平的提高,PV值達到了15MPa•m/s。20世紀50年代機械密封結構出現了平衡型機械密封和中間環密封,PV值達到了30MPa•m/s,1959 年達到了80MPa•m/s。20世紀60年代年由于原子能工業的要求,絎縫機機械密封結構出現了流體動壓密封和流體靜壓密封,PV值迅速提高到167MPa•m/s。20世紀70年代年由于宇航和核電方面的特殊要求,機械密封結構出現了多級密封,在材料上出現了碳化硅和優質的不同浸漬材料的碳石墨,PV值達到了360MPa•m/s。1977 年由于核電等特殊需要采用螺旋-機械密封組合的密封、改進的中間浮動環密封等、浮環-機械密封組合密封等,PV值達到500MPa•m/s。
20世紀80年代隨著人們環境保護意識的提高,研制出了“零泄漏”機械密封。在流體動壓密封原理的基礎上,開發出了熱流體動力楔機械密封和上游泵送機械密封。在保證密封性能的同時,為了獲得較長的使用壽命,利用自動控制理論,人們開發出可控機械密封。20世紀90年代,PV值達到了5,700MPa•m/s。20世紀90年代后,干摩擦、高低溫、高壓、高PV值、極端工況下使用機械密封的越來越多。機械密封技術出現了端面的改形、改性技術,如用激光等在密封端面刻槽、打孔方法,力求在摩擦副之間形成穩定的氣膜、液膜;用金剛石、類金剛石、高分子材料在摩擦副上形成涂層,解決機械密封摩擦副端面磨損問題,延長設備維修周期。與此同時,機械密封行業先后頒布了與設計、制造、使用等相關的標準和要求。1994年美國國家石油協會頒布了API682標準,該標準對機械密封的選型、設計、選材、試驗、制造、安裝、泄漏進行了規范,對整個機械密封行業的發展起到了重大促進作用。
我國機械密封行業發展情況
我國機械密封起步于20世紀60年代。1963年第一機械工業部通用機械研究所開始研究硫化氫壓縮機機械密封,1964年該所對離心壓縮機用機械密封進行了攻關研究,將引進設備上的機械密封國產化。1965年沈陽水泵廠等單位試制泵用機械密封。1966年我國第一家機械密封專業生產廠天津機械密封件廠開始生產機械密封。
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970年機械工業部、石油部、化學工業部所屬科研、生產、使用單位組成聯合設計組,參考國外先進結構,聯合設計了“系列泵用機械密封”。1975年機械工業部批準頒布了“泵用機械密封標準”。1978年化學工業部批準頒布了“釜用機械密封標準”。20世紀70年代后期,中國通用機械研究院有限公司(原合肥通用機械研究所)、沈陽鼓風機廠聯合開發成功離心壓縮機用浮環系列密封,蘭州煉油廠也研制成功金屬波紋管系列機械密封。針對中國機械密封技術的發展,機械工業部開始部署機械密封定點生產企業。
20世紀80年代,我國通過攻關、消化引進技術,使機械密封在品種、材料、技術參數等方面都有較大提高。1993年國家頒布了國標“GB/T14211-1993 機械密封試驗方法”,1999年國家機械工業局修訂了“機械密封技術條件”和“機械密封分類方法”,為機械密封產品接近國外先進水平提供了保證。到20世紀90年代末,我國中型系列泵用機械密封在設計上已基本趕上國外同類產品水平。
二、全球機械密封行業競爭格局和市場化程度
全球機械密封行業經過一百多年的發展現已高度集中,在高端產品領域主要被約翰克蘭、伊格爾•博格曼和福斯等行業巨頭所壟斷并形成了穩定的專業化分工。這些企業在各自的細分市場領域組織專業化生產,形成壟斷優勢,如約翰克蘭在石油化工領域、伊格爾•博格曼在核電領域分別處于領先地位。隨著我國經濟高速、持續、穩定的發展,跨國企業紛紛進入中國市場,憑借研發、技術、制造優勢,在高端產品市場占據主要份額。
中國機械密封行業經過多年的技術積累和發展,普通機械密封領域的技術及產品日趨成熟,大部分應用領域已能替代進口產品,性能接近國外產品,但高端產品還處于依賴進口的被動局面。僅有少數具備一定研發設計、生產和服務能力的國內企業如四川日機密封件股份有限公司、丹東克隆等,發揮本土優勢和服務優勢,在高端市場同國外企業競爭。在產品附加值低、技術含量不高的低端產品市場中的眾多企業競爭激烈,其利潤率較低。未來行業競爭將從主要以產品價格競爭逐漸進入產品研發、關鍵工藝技術、產品質量和服務質量等多方面的綜合競爭,行業龍頭企業的市場份額將進一步提高。