【院士科普】流體密封“小部件”保障重器“大安全”

編者按：習(xí)近平總書記指出，“科學(xué)普及是實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展的重要基礎(chǔ)性工作?！睘橹Ω咚娇萍甲粤⒆詮?，中國科協(xié)科普部聯(lián)合光明網(wǎng)推出“院士高端科普”欄目，邀請各領(lǐng)域院士就我國當(dāng)下熱點科技問題給予權(quán)威解答，服務(wù)引導(dǎo)更多科技工作者提升科研科普能力，促進(jìn)全民科學(xué)素質(zhì)提升，為科技強國建設(shè)貢獻(xiàn)科普力量。#千萬IP創(chuàng)科普

航天發(fā)射，探索宇宙的壯麗征程；核電建設(shè)，追求清潔能源的高效利用；深海遠(yuǎn)航，求解藍(lán)色深淵的奧秘……這些重大尖端領(lǐng)域的背后，有一個看似微不足道卻至關(guān)重要的技術(shù)支撐——流體密封技術(shù)。

密封的反義詞是泄漏，它在生活和工作中無處不在。小到門窗管道、容器泵閥，大到航空航天、流程工業(yè)，涉及安全保障、環(huán)境保護(hù)、能源節(jié)約等多個層面，是確保設(shè)備和系統(tǒng)正常運行與安全可靠的關(guān)鍵技術(shù)。例如，在一套年產(chǎn)30萬噸的乙烯裝置中，靜密封和動密封的密封點多達(dá)123萬處。

2002年12月18日，王玉明在實驗室與外國專家討論技術(shù)問題。圖/受訪者提供

流體密封是極端工況高端裝備最容易損壞的關(guān)鍵基礎(chǔ)零部件，這是因為相互摩擦的界面直接接觸工作介質(zhì)。這些介質(zhì)可能是具有放射性、易燃易爆、有毒有害的，并可能是在高壓、高溫、低溫、高速等極端工況下運行的。因此，密封裝置必須能夠直接承受這些“極端”的挑戰(zhàn)，才能確保設(shè)備可靠運行和人員安全。

這里不妨舉一個例子:1986年1月28日，美國“挑戰(zhàn)者號”航天飛機(jī)發(fā)射升空后第73秒解體，機(jī)上7名宇航員全部不幸罹難，原因就是由于低溫下橡膠密封圈失效引起的。由此可見，密封在高端裝備中的作用十分關(guān)鍵。正如中國工程院院士向巧所說:“小密封，多學(xué)科，高技術(shù)，大作用。”

1965年，我從清華大學(xué)燃?xì)廨啓C(jī)專業(yè)畢業(yè)后，被分配到國家重點研究院所做透平壓縮機(jī)的試驗研究工作，1970年初調(diào)到“動密封攻關(guān)組”任組長，從事流體密封的研究。先后在企業(yè)和高等學(xué)校工作，無論崗位和身份如何變化，都始終堅持在流體密封這個小專業(yè)范圍內(nèi)做科學(xué)研究和人才培養(yǎng)工作，至今已經(jīng)有55年，達(dá)到了清華大學(xué)“至少為祖國健康工作五十年”的目標(biāo)。

王玉明為“科學(xué)報國正當(dāng)時”欄目題詞

20世紀(jì)80年代，我國石油石化行業(yè)高速大型透平壓縮機(jī)所用的軸端密封完全依賴進(jìn)口。當(dāng)時進(jìn)口的機(jī)械密封主要是普通的接觸式端面密封，密封油的泄漏量高達(dá)每小時幾百毫升。為了打破進(jìn)口高技術(shù)產(chǎn)品在中國市場的壟斷地位，我作為學(xué)術(shù)帶頭人和技術(shù)負(fù)責(zé)人另辟蹊徑，從頭開始自主創(chuàng)新。從理論分析到方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計，從實驗研究到工業(yè)現(xiàn)場首臺套試車，最終研制出非接觸式油膜螺旋槽端面密封，與進(jìn)口的接觸式密封相比，不僅壽命可靠性大大提高，而且泄漏量降低三個數(shù)量級。這一成果被國內(nèi)專家鑒定為“國際首創(chuàng)，國際領(lǐng)先”。后來我得知，國外同行龍頭企業(yè)曾內(nèi)部立項，深入研究逆向開發(fā)應(yīng)用我們的專利技術(shù)。

此后，我又研究開發(fā)了流體動/靜壓結(jié)合的氣體潤滑的端面密封（簡稱“干氣密封”），用具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)打破了進(jìn)口產(chǎn)品的壟斷，并成功實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，獲得了國家技術(shù)發(fā)明獎和一項國家科技進(jìn)步獎。

密封在大主機(jī)當(dāng)中是比較小的零部件，但它的研發(fā)涉及的學(xué)科很多，包括流體力學(xué)、固體力學(xué)、動力學(xué)、熱力學(xué)、傳熱學(xué)、材料學(xué)、摩擦學(xué)、測量控制技術(shù)和智能化技術(shù)等，現(xiàn)在，還必須與數(shù)字孿生、人工智能、三維打印等新技術(shù)相融合。流體密封創(chuàng)新研發(fā)值得一輩子去做，甚至幾代人接連不斷地去做。為此，我將自己獲得的光華工程科技獎的獎金全部捐獻(xiàn)，同時作為種子基金向社會募集資金，在清華大學(xué)教育基金會里設(shè)立了“清華大學(xué)王玉明科技強基人才獎勵金”，我希望通過這一方式，鼓勵更多在該領(lǐng)域從事研究開發(fā)的中青年拔尖科技人才，為國家的科技自立自強培養(yǎng)更多的后備力量。

回顧過去，我在白山黑水間磨礪了意志品格，在清華園里培養(yǎng)了科技創(chuàng)新的不懈追求。我熱愛祖國人民，熱愛科技事業(yè)。在流體密封這一領(lǐng)域，我孜孜以求深耕半個多世紀(jì)，以拳拳赤子之心在“小專業(yè)”里做出了“大事業(yè)”。未來，我將繼續(xù)致力于科技自立自強和人才培養(yǎng)，為國家的繁榮與進(jìn)步貢獻(xiàn)自己的力量。

專家：王玉明，系中國工程院院士、清華大學(xué)機(jī)械工程系教授

光明網(wǎng)記者張佳興、宋雅娟、蔡琳采訪整理