干气密封低速性能研究及其在搅拌器上的应用

以提高干气密封运行稳定性和可靠性为目标,重点对开启力、开启速度、泄漏量等性能参数进行了深入研究。通过模拟计算、理论分析、试验验证的方法,建立了低速干气密封的计算模型并结论:低速条件下随着压力的升高,开启速度降低;在平衡间隙一定的情况下,开启力随着速度的增大而增大;泄漏量随着压力、转速的增大而升高。试验验证了理论分析的正确,为低速干气密封的设计和应用提供参考。     

安全阀超压泄放过程动力学参数分析与测试

对3D模型安全阀的超压泄放机理及气体动力学过程进行了模拟分析和试验验证。利用区域分组法和路径分析法, 对开启部件在超压泄放过程中的稳态流场参数进行了详细整理, 研究了速度、压力参数在内外流场选定路径上的分布以及开启部件的动态力平衡情况。对竖直(Y)方向各种力平衡问题的研究和比较, 证明了升力测试值为总力, 包括静态力和动态力两部分, 其中, 静态力占绝对优势;反冲(升)力中, 动态力起很大作用, 间隙力属于自平衡力系。动态力主要来源于密封面和反冲盘折边出口附近的高速气体流动。阀芯反冲(升)力也主要来源于静态力, 动态力影响较小。水平(X)方向力平衡参数研究结果表明, 对于反冲盘与阀芯分离结构, 阀芯处于严格的动态平衡中, 而反冲盘则可能存在水平方向的不平衡力, 可能导致阀芯开启和回座过程偏载。无论阀芯与反冲盘是整体还是分离式设计, 此偏载均可能导致开启回座偏差, 甚至引发颤振、频跳或密封面损坏。利用试验装置和新研制的传感器, 获取了试验开启过程中阀芯压力、升力、开启高度和反冲盘测点压力, 进一步计算了反冲盘和阀芯反冲(升)力的数值。试验和模拟结果对比表明, 数值模拟结果与传感器测试数据吻合, 为进一步研究内外流场及其动作机理奠定了基础。     

干式气体端面密封的开启特性

鉴于干式气体密封启动过程的重要工程意义,基于稳态分析方法研究了该种密封的开启特性。根据开启临界气膜厚度的假设,提出了用于分析干式气体密封开启性能的判据--开启临界转速。研究了启动过程中,气膜厚度、开启力、气膜刚度、泄漏量、摩擦扭矩和摩擦功耗等密封性能参数的变化规律。分析了操作参数和端面结构参数对开启性能的影响。研究表明,启动过程中,密封的特性参数在开启临界气膜厚度附近快速变化;密封操作压力对开启临界转速有较大影响,通过改变端面结构参数可以改变密封的开启临界转速,改变开启性能。提供了一种用于分析密封开启性能的研究方法,可辅助密封端面结构设计和指导启动和停车过程操作。     

干气密封端面气膜压力及开启力的数值模拟

为了全面了解干气密封端面流场特性,基于N-S方程、层流模型、SIMPLEC算法,在端面间隙和转速的多种变化情况下,对干气密封端面流场进行数值模拟,重点考察了端面气膜压力及开启力的变化情况. 数值结果表明,端面气膜压力总是在槽台交界处产生较大变化,在气体流出的槽台交界处产生流体动压力,而在气体流入的槽台交界处存在局部负压区域,会削弱端面开启力和气膜刚度. 通过合理设计槽形,增大正压区域的同时减小负压区域,可提高端面开启力和气膜刚度. 对比分析表明,通过优化槽形可大大提高端面开启力和气膜刚度,使密封更稳定.     

静压干气密封特性研究及节流孔参数优化方法探讨

利用解析法对静压干气密封的流量特性、开启力特性和气膜刚度特性进行了理论分析;基于理论分析的结论,利用Matlab软件分析了不同节流孔进气总量下,端面宽度、节流孔中心圆直径、进气压力与釜内压力的差值、节流孔个数及孔径对开启力和气膜刚度的影响,得出在给定节流孔进气总量情况下节流孔参数存在合理的取值范围,并在此范围内存在一组参数使气膜刚度达到最大值;提出了在给定进气总量的情况下,以气膜刚度最大化为优化目标的节流孔结构参数优化方法。     

自泵送流体动压型机械密封性能分析

基于离心泵工作原理提出了一种自泵送流体动压型机械密封,并运用Fluent软件对自泵送型槽进行了三维流场动力学仿真分析,探讨了几何参数和工况参数对自泵送流体动压型机械密封性能即端面开启力和泄漏率的影响。研究结果表明:转速增大,开启力和泄漏率均减小;介质压力、槽台宽比、引流孔孔径及螺旋角增大,开启力和泄漏率均增大;随着槽数、槽长坝长比的增大,开启力均有所降低,泄漏率略有增大;槽深对开启力和泄漏率的影响趋势相似,存在一个使开启力较大而泄漏率较小的槽深;通过型槽参数匹配,自泵送流体动压型机械密封可以获得足够的开启力和较低的泄漏率。     

同时考虑实际气体效应和滑移流效应螺旋槽干气密封性能分析

为分析考虑实际气体效应和滑移流效应的螺旋槽干气密封性能,通过维里实际气体状态方程代替理想气体状态方程、有效黏性系数代替动力黏度修正窄槽理论螺旋槽干气密封气膜压力控制方程。以氮气(N₂)、氢气(H₂)、二氧化碳(CO₂)为例,分别计算、对比无滑移理想气体、滑移理想气体、无滑移实际气体、滑移实际气体时螺旋槽干气密封的泄漏率、槽根处压力、端面开启力。结果表明:滑移流效应使气体泄漏率增大、槽根处压力和端面开启力降低;实际气体效应使易受压缩气体(压缩因子Z<1)的泄漏率、槽根压力、端面开启力增大,使不易受压缩气体(压缩因子Z>1)泄漏率、槽根压力、端面开启力减小。随着气体压力增大,滑移流效应逐渐减弱,而实际气体效应增强;低压下滑移流效应起主导作用,高压下实际气体效应起主导作用。     

基于遗传算法的干气密封双向槽统一模型与参数优化

通过提出表征能力更强的新型结构模型和引入全局寻优能力更强的智能优化算法以提高双向旋转槽干气密封的稳态密封性能。在综合分析国内外干气密封典型双向旋转槽结构特点的基础上,提出一种动压槽倾角可变的双向旋转槽统一模型。建立双向旋转槽干气密封的几何模型和数学模型,采用有限差分法求解端面膜压控制方程,获得开启力和气膜刚度等稳态性能参数。分析了动压槽倾斜角对干气密封稳态性能的影响规律,对比分析了不同速度条件下单因素优化、迭代优化和遗传算法优化等三种优化方法对提高双向旋转槽干气密封稳态性能的作用。结果表明:相较于以往双向树形槽干气密封单因素优化的结果,基于遗传算法的统一模型槽干气密封获得的开启力和气膜刚度显著提高,最大增幅分别达到6%和55%;在高速条件下,上游动压槽螺旋角为锐角,下游动压槽螺旋角为钝角的似机翼形双向旋转槽干气密封具有最大的开启力和气膜刚度。     

甲烷泵密封失效原因分析及密封系统改进

文章主要从机械密封闭合力和开启力角度分析甲烷泵机械密封失效的原因，并针对其提出改进措施，提高了机械密封的可靠性和安全性，并延长了机械密封的使用寿命，取得了良好的效益。     

钠冷快堆核主泵用双端面自泵送机械密封性能分析

核主泵的密封性能是钠冷快堆安全评价的重要指标。以某型试验钠冷快堆核主泵为研究对象,提出了一种适用于钠冷快堆核主泵的双端面自泵送机械密封;运用正交试验法设计试验方案,并基于Fluent进行数值仿真模拟,探讨了该机械密封结构参数和工况参数对端面开启力和泄漏率的影响,分析了泵腔氩气零泄漏要求下的密封阻塞流体的压力调节范围。结果表明：在试验参数的范围内,槽面宽比和螺旋角对开启力均有影响,且槽面宽比影响更为显著,开启力随着槽面宽比和螺旋角的增大有上升的趋势;槽面宽比对泄漏率影响显著,泄漏率随槽面宽比的增大迅速增大。得到了最大转速和停机工况下阻塞流体压力与泄漏量、开启力的关系式;当泵腔工作压力为0.05 MPa时,只要阻塞流体压力不超出0.0528~1.6378 MPa区间均能保证密封安全有效。     

扩压式自泵送流体动静压型机械密封性能分析

密封端面开启力是保证非接触式机械密封非接触运行的重要指标。为克服普通自泵送流体动静压型机械密封端面开启力随转速增大而减小这一不足,基于离心式泵或压缩机的扩压器工作原理提出了一种扩压式自泵送流体动静压型机械密封。数值模拟比较了普通自泵送和扩压式自泵送流体动静压型机械密封的密封性能,探讨了密封面结构参数和工况参数对扩压式自泵送流体动静压型机械密封性能的影响规律。结果表明：扩压式自泵送流体动静压型机械密封相比同等螺旋槽参数的普通自泵送流体动静压型机械密封的密封界面开启力提升了50%以上,并随转速增大而增大;随着扩压环槽增宽,开启力和泄漏率都显著增大;减小扩压环槽深度,能有效提高开启力;扩压环槽结构尺寸的变化基本不影响槽扩宽比、槽数和螺旋角对密封性能的影响规律。在一定的工况参数下,通过结构参数匹配,扩压式自泵送流体动静压型机械密封可以获得较优的密封性能。     

水蒸气润滑干气密封启动过程研究

水蒸气为实际气体,研究水蒸气润滑干气密封的启动过程,对汽轮机密封的启动、运行有重要意义。选用GW模型,由实验确定接触模型参数。经实验确定的接触模型参数为：微凸体曲率半径R=3.7310 μm,微凸体面积密度η=0.1458 μm^-2。在开启过程中,随着转速增加,气膜承载力持续增加,闭合力保持不变,接触力迅速减小至零。当转速达到一定值时,气膜承载力与闭合力相等,此时,密封端面完全脱开。以微凸体曲率半径R为变量时,R增大,接触力增加、气膜承载力减小;以微凸体面积密度η为变量时,η增加,接触力增加、气膜承载力减小。将本文接触模型数据和Etsion等的模型数据对比,分析接触模型参数对开启性能的影响。发现依据本文接触模型数据计算的接触力稍小、开启力稍大、槽根压力稍大,在低转速时,泄漏率稍小、开漏比稍大。     

节流孔出气模式对静压干气密封稳态性能影响

以径向单列和多列小孔节流静压干气密封为研究对象,采用湍流大涡模拟方法分析了节流孔位置和气膜厚度对单列小孔节流静压干气密封开启力、气膜刚度和泄漏率等稳态性能的影响,对比分析了不同节流孔径向出气模式和周向排布对径向多列节流静压干气密封稳态性能的影响,获得了不同膜厚条件下最佳的节流孔出气模式,在此基础上提出一种出气模式在线可调的新型静压干气密封结构。结果表明：相较于经典单列节流静压干气密封,小膜厚时（膜厚＜10 μm）径向上、下游同时开孔的多列节流静压干气密封,以及大膜厚时（膜厚>10 μm）径向上、中、下游同时开孔的多列节流静压干气密封开启力和气膜刚度显著提高,最大增幅分别达到15%和25%;通过选取合理的节流孔出气模式可满足不同条件下静压干气密封高气膜承载能力、低泄漏率和低耗气量的性能需求。     

Force spectroscopy of polymers: Studying on intramolecular and intermolecular interactions in single molecular level

Single molecule force spectroscopy (SMFS) is a powerful means in studying the intramolecular and intermolecular interactions in polymer and supramolecular systems, thus opening new horizons for nanomechanic chemistry. This feature article concerns mainly how to employ AFM-based SMFS to obtain some of the important information which is not available by conventional characterizing methods, including single chain mechanics, the interfacial conformation and adhesive energy of polymers, interaction between macromolecules and small molecules, and the direct measurement of intermolecular forces. In addition, some of the recent advances in using the SMFS to bottom-up assembly of functional nanostructure are also discussed.     

含杂质二氧化碳实际气体干气密封性能研究

基于EOS-CG模型和GERG-2008模型计算含杂质二氧化碳混合气体的密度,基于CO₂-Pedersen模型计算混合气体的黏度。利用模型计算数据拟合获得含杂质二氧化碳混合气体密度、黏度与压力的关系式,用以描述混合气体的实际行为以及黏度随压力变化的规律。采用有限差分法求解稳态雷诺方程,得到了纯二氧化碳和含杂质二氧化碳干气密封开启力、泄漏率以及气膜刚度,并分析了杂质对二氧化碳干气密封性能(开启力、泄漏率、气膜刚度)的影响。考虑的变量有端面平均线速度、气膜厚度、进口温度以及进口压力等。结果表明：当进口压力为15.26 MPa,进口温度为363.15 K,线速度为74.030 m/s,气膜厚度为3.05 μm时,含杂质二氧化碳干气密封开启力和泄漏率都小于纯二氧化碳干气密封开启力和泄漏率,且杂质含量越多,差别越明显;杂质对二氧化碳干气密封开启力、泄漏率、气膜刚度的影响随端面平均线速度的增大而增大;对泄漏率、气膜刚度的影响随气膜厚度的增加而减小;对开启力、泄漏率、气膜刚度的影响随进口温度的增大而减小;对开启力的影响随进口压力的增大先减小,再增大,最后减小,对泄漏率的影响随进口压力的增大先增大后减小,对气膜刚度的影响随进口压力的增大先减小后增大。     

基于湍流模型的S-CO2干气密封流场与稳态性能分析

为探究湍流效应对S-CO₂干气密封性能的影响规律,以螺旋槽干气密封为研究对象,引用考虑离心惯性力效应的湍流Reynolds方程,选择Ng-Pan湍流系数表达式,采用物性软件REFPROP对CO₂真实物性进行计算。之后,根据普适能量方程,通过引入包含湍流效应、离心惯性力效应的平均速度,建立了可压缩流体简化能量方程。通过对湍流Reynolds方程与简化能量方程进行耦合求解,分析讨论了不同工况参数与平均膜厚下湍流效应对密封性能的影响。研究表明：湍流效应使得气膜流场内压力与温度分布发生显著变化,流场计算时不可忽略;在不同进口压力、进口温度下,湍流下的开启力和泄漏率显示出与层流一致的变化趋势;在不同平均膜厚下,考虑湍流效应后的开启力呈现出与层流不同的变化规律,而泄漏率表现出与层流相同的变化趋势;在不同进口压力、进口温度、平均膜厚下,湍流下的开启力和泄漏率均比层流下的低,且在两种流态下的这种差异随着进口压力、进口温度、平均膜厚的增大而逐渐增大;在不同转速下,开启力和泄漏率在湍流下分别表现出与层流不同的变化趋势。这些结果为进一步研究湍流效应对S-CO₂干气密封的影响提供了支撑。     

大型粉煤气化炉关键部件结构应力分析研究

通过对大型干煤粉气化炉及废热锅炉系统的结构受力分析，进行了炉体大直径斜开孔、导管、气化炉锥壳和裙座等关键部件（部位）的结构应力分析研究，并将研究结果用于指导炉体的设计、制造、检验验收、组装等，经过煤气化装置气化炉和废热锅炉的操作运行实践表明完全满足装置操作要求。