氢气实际气体对螺旋槽干气密封性能的影响

干气密封常应用于较高的气体压力。在干气密封的研究、设计和应用过程中,一般将气体处理为理想气体。但高压作用下,气体行为明显不同于理想气体。以螺旋槽干气密封应用于氢气为例,采用氢气的实际气体方程对螺旋槽窄槽理论的气膜压力控制方程进行修正,并加以求解,获得了实际气体行为对干气密封的影响规律。结果表明,实际气体行为对密封的泄漏率有明显影响,而对端面气膜压力和端面开启力影响不大。     

湍流效应对干气密封性能影响的研究进展

在干气密封的理论研究与设计计算过程中,一般都是基于层流流动假设下进行的,但随着密封运行工况渐趋于高参数化、工艺介质多相化,在高参数、极端复杂工况下时流体会处于湍流流动状态,传统的层流流动理论就变得不再适用,因此在干气密封的理论设计与研究中就需要考虑润滑气体的湍流效应。总结现今应用较为广泛的3种湍流润滑模型,即Constantinescu模型、Ng-Pan-Elrod模型和Hirs模型,并介绍各模型的理论基础与适用范围。对湍流润滑方程及其在不同模型下的湍流系数表达式进行说明,综述考虑湍流效应对干气密封稳、动态性能影响的国内外研究进展。     

低速干气端面机械密封性能研究

对干气端面机械密封进行了研究，初步得出适合低速条件的密封环结构，以最大刚漏比为基准对螺旋槽，圆弧槽和直线槽进行不同条件下结构优化。台架试验结果表明：根据优化结果制的圆弧槽，直线槽端面机械密封是能实现动，静压相结合的密封形式，而且泄漏量少，摩擦系数低，对进一步研制搅拌设备新型轴封具有指导意义和实用价值。     

不等深螺旋槽干气密封性能的研究

为进一步提高螺旋槽干气密封的密封性能,对螺旋槽的结构做创新性的优化,保持坝区和堰区不变,只改变螺旋槽底部形态,将等深螺旋槽改进成收敛型不等深螺旋槽。通过建立有限元模型,用Matlab软件编程求解出气膜压力分布,对比分析等深槽、收敛型阶梯不等深槽、收敛型锥度不等深槽、发散型阶梯不等深槽和发散型锥面不等深槽5种槽型的密封性能参数。对比分析收敛型阶梯不等深槽不同锥度下的密封参数。结果表明,收敛型阶梯不等深螺旋槽与收敛型锥度不等深螺旋槽具有十分相似的密封性能,但收敛型阶梯不等深螺旋槽具有更好的泄漏量稳定性,且更易加工;0.04°收敛型阶梯不等深螺旋槽干气密封的密封性能最优越,控制泄漏量方面更为突出,并可获得较好的推开效果。     

直线变深T型槽干气密封性能研究

为增强T型槽干气密封的气膜承载能力及其稳定性,提出一种变深T型槽干气密封端面结构。基于气体润滑理论模型,采用有限单元法求解雷诺方程,在不同操作参数下对比分析变深T型槽与等深T型槽干气密封的工作性能。结果表明:与等深结构相比,变深结构有更好的气膜承载能力和稳定性;尤其在低速低压或高速高压条件下,变深T型槽比等深T型槽具有更高气膜承载能力和稳定性。     

节流孔特性对静压干气密封性能的影响

为提高静压干气密封性能,将节流孔流量项引入到气膜润滑方程,建立改进的N-S方程。利用泛函求极值算法和有限元法,用MATLAB编制相应的计算程序,在节流孔直径和端面间隙变化的条件下进行数值计算,分析气膜厚度、气源压力、节流孔个数和直径对端面开启力和气膜刚度的影响,以及端面压力分布情况。计算结果表明:密封气在流经节流孔后形成显著的压力降,气膜刚度随节流孔径增大而减小,随气源压力增大而增大;端面压力在节流孔处最高,向四周逐渐下降;开启力总体随端面间隙增大而减小,随气源压力增大而增大,端面间隙在2.6~10μm时,开启力随间隙增大而迅速减小,端面气膜具有较大的刚度。     

超临界二氧化碳微尺度干气密封性能分析

为研究超临界二氧化碳干气密封的密封性能,在考虑实际气体效应、惯性效应和湍流效应的情况下,利用Solidworks软件建立一个周期的螺旋槽计算域几何模型,导入ICEM软件进行结构化网格划分,采用REFPROP软件获取超临界二氧化碳物性相态数据,并将这些物性参数编译成CFD的计算程序对超临界二氧化碳干气密封流场进行数值模拟。研究结果表明:在干气密封中超临界二氧化碳的密度和黏度从外径到内径先升高后降低,在槽根部最大,而温度沿外半径到内半径的方向逐级递减;随着螺旋槽深度的增加开启力先增大后减小,而泄漏量随着槽深单调增加,其中槽深对开启力的影响较小,对泄漏量的影响较大;转速的增大使气膜开启力和泄漏量均单调增加,而气膜间隙的增加使气膜开启力减小,泄漏量增加。综合考虑密封稳定性,当气膜厚度为3.05μm、槽深为5.05μm时,研究的超临界二氧化碳干气密封的整体密封性能达到最佳。     

水蒸气润滑螺旋槽干气密封性能分析

水蒸气润滑干气密封是一类特殊的干气密封,端面的润滑气体为水蒸气。为了研究水蒸气润滑干气密封的性能,采用无限窄槽理论,并采用RK方程来表达水蒸气的实际气体的行为。对螺旋槽的气膜压力控制方程进行了修正,分析水蒸气润滑干气密封的开启力、气膜刚度、泄漏率、气膜摩擦力矩和热平衡气膜厚度。结果表明:低压时,泄漏率随膜厚增加先减小再增加,中高压时,泄漏率随膜厚增加而增加,实际气体行为对泄漏率的影响较大;摩擦力矩随膜厚增加而减小,实际气体行为对摩擦力矩无影响;当温度为300℃,压力为0.5 MPa时,在常见的工作膜厚范围内,剪切发热速率始终大于膨胀吸热速率,不能获得热量平衡膜厚,压力为2和5 MPa时,实际气体的热量平衡膜厚均小于理想气体,两者相差分别为0.886%和2.932%。     

基于定向微纹理效应的梯形槽干气密封性能分析

为解决传统双向旋转型干气密封较单向旋转型开启性能下降、密封效果减弱的问题,基于气体微尺度流动原理,提出一种具有定向微纹理槽底的梯形槽干气密封结构;利用数值方法对比研究不同方向微纹理及无微纹理结构的性能,证实定向微纹理设计的可行性,并确定V形为纹理最佳方向;系统分析工况参数和几何参数对V形纹理干气密封性能的影响,获得各参数的影响规律及优势区间。研究结果表明:V形纹理的开启性能最好,然后依次为无纹理、周向纹理、径向纹理、梯形纹理,且转速越大,5种结构开启性能差异越显著;高转速时泵送效应较强,具有节流抑漏效果;微纹理密度对密封性能影响微小,深度达到1～2μm即可获得优异的密封性能;小膜厚时微纹理影响显著,对应最优槽深较小。研究结果为双向旋转型梯形槽干气密封性能的提升和槽区激光加工扫描方向的选取提供新的思路理论依据。     

槽底倾斜度对螺旋槽干气密封性能的影响

提出一种可以计算斜底螺旋槽干气密封性能的近似解析方法。构建槽底倾斜螺旋槽干气密封的气膜厚度表达式,基于螺旋槽的窄槽理论,近似解析求解其气膜压力控制微分方程,获得槽底倾斜螺旋槽干气密封端面气膜压力分布,进而获得端面开启力、气体泄漏率和气膜刚度等密封性能,并将结果与Fluent软件计算结果进行对比,两者的结果吻合。计算结果表明:斜底槽对密封开启力和泄漏率的影响规律取决于初始槽深;与平底槽比较,当初始槽深较小时,斜底槽的开启力较小,但泄漏率也较小;当槽深较大时,斜底槽具有较大的气膜开启力,槽底倾斜程度越大,开启力越大,但同时泄漏率也越大;一般地,斜底槽具有较大的轴向气膜刚度,槽底倾斜程度越大,气膜刚度越大,抗干扰能力越强。     

考虑惯性效应的超临界二氧化碳干气密封动态特性研究

为了分析惯性效应对超临界二氧化碳干气密封动态性特性的影响规律,建立考虑惯性效应的变黏度变密度螺旋槽干气密封动态特性数学模型,采用有限差分法和小扰动法求解超临界二氧化碳干气密封动态特性参数,分析操作工况远离及靠近临界点时,超临界二氧化碳干气密封动态特性变化规律及惯性效应对其影响程度.结果表明:无论操作工况是否靠近临界点,...     

单列双向螺旋槽干气密封主要结构参数对性能的影响

针对一种用于高速高压等极端工况下的新型单列双向螺旋槽端面密封装置,采用商业CFD分析软件FLUENT,在等密封闭合力的假设条件下,研究了动环槽形几何结构参数,如螺旋角φ、槽深膜厚比Hg及槽长坝长比γ等对密封性能(泄漏量及气膜刚度)的影响.综合考虑了较小密封泄漏量和较大的气膜刚度,计算结果表明结构参数18°＜φ＜19°,4＜Hg＜7, 0.5<γ<0.7较适宜.     

干气密封端面平衡间隙的研究

为了确定干气密封端面平衡间隙的数值,基于N-S方程、层流模型、SIMPLEC算法,对干气密封端面流场进行数值模拟,获得端面气膜开启力的数值。将开启力和闭合力变化曲线同时绘出,两曲线交点所对应的端面间隙即为该干气密封的端面平衡间隙值。以某泵用干气密封为例,介绍了闭合力和开启力的计算,确定出该干气密封的端面平衡间隙。结果表明,干气密封端面平衡间隙值应取在开启力随间隙变化幅度较大的小间隙区域,且端面平衡间隙应在泄漏量不超标的前提下,尽量取得大一些,使密封端面接触和摩擦可能性和程度降到最低,从而提升干气密封运行稳定性。     

干气密封启动过程研究

为了深入研究干气密封启动过程,提高密封启动稳定性,基于N—S方程、Laminar模型和SIMPLEC算法,在动环转速和端面压差变化的多种情况下,对于气密封端面流场进行了数值模拟,重点考察了端面开启力的构成及变化情况。数值结果表明,在密封启动过程中,转速上升到一定数值后,端面才能脱开,而流体动压力是影响端面脱开的主要因素,在脱开前两端面间存在严重摩擦和磨损,会对端面造成破坏。针对此提出研究一种能减小或消除启动过程中端面接触时间的新型密封。     

双槽阶梯槽干气密封性能研究

针对干气密封系统在高转速工况下密封性能差、泄漏量大的问题,提出一种双槽阶梯槽端面密封结构.采用CFD对比分析不同压力、转速下单螺旋槽、双槽阶梯槽、阶梯槽3种槽型的密封性能,探讨槽深、螺旋角对密封性能的影响,得出了双槽阶梯槽型优化的结构参数.结果表明:双槽阶梯槽在降低泄漏量和提高综合密封性能上要优于阶梯槽和单螺旋槽;在槽...     

螺旋槽干气密封性能的ANSYS参数化分析

应用ANSYS参数化设计语言APDL对螺旋槽干气密封装置建立了参数化计算模型,并对模型的三维流场进行了数值分析计算,得出了气流的速度分布和压力分布云图。通过在APDL程序中改变计算模型的几何参数,计算得出了螺旋槽的槽长、槽深、槽间距、螺旋角等设计变量对螺旋槽干气密封性能的影响情况,为螺旋槽干气密封的设计提供了依据。