煤层气压缩机干气密封端面特性研究

发布时间：2017-05-24 11:03

  本文关键词：煤层气压缩机干气密封端面特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：我国经济结构和能源结构都处在一个转型的关键期,煤层气、页岩气等非常规能源行业面临着巨大的发展机遇。我国煤层气可采资源总量约为10万亿m3。目前,国内开展煤层气勘探的企业并不多,主要集中在山西和河南等地,况且大多是外资企业。在输送阶段,为了防止或者限制煤层气从压缩机组轴端泄漏到大气环境中,轴端密封技术对压缩机组的稳定、安全、长周期以及经济效益最大化起着至关重要的作用。纵观机械密封(主要是轴端密封技术)的发展史,由早期的单端面密封技术,到后来的双端面、多端面接触式的机械密封,甚至多重密封组合,发展到后来的在动环表面开各种形状槽型的非接触式机械密封。其中,干气密封是一种应用了开槽技术的非接触式密封技术,并在石化行业中得到了较广泛的应用。干气密封是在动静环间,由于气体动压效应的存在,从而形成了刚性气膜,既保证了干气密封动静环端面互不接触,也保证了泄漏量在一定的可承受范围内。本文干气密封机理出发,通过研究流体动压原理、密封间隙气膜的流动状态和气膜的热力过程及其对气膜的稳定性以及影响气膜稳定性的因素做了一定的的研究。然后,懫用数值模拟和实验研究相结合的方法来研究干气密封的端面特性。在数值模拟阶段用Solidworks建立干气密封三维几何模型,采用Workbench对模型网格划分,用Fluent对特定工况下,进行数值模拟分析。分别改变干气密封运行参数和几何尺寸,得到对应的模拟结果。并对模拟结果分析得出几何尺寸的优化区间:螺旋角817?????2,槽深??92gh,槽数??148gN,槽台宽比??7.04.0?,槽长坝长比??7.04.0?,膜厚??42 h。实验阶段采用西安石油大学的干气密封试验台,选取几何参数固定的动静密封环,把氮气做为密封介质,采用控制变量法,分别在定转速和变压力以及定压力变转速的情况下,进行多组实验。并通过测量相应泄漏量和功率的改变,研究转速和压力对干气密封性能的影响。试验结果表明:单一改变转速或压力时,会引起泄漏量和摩擦功耗增加。通过研究干气密封端面特性,对比实验结果和模拟结果,得出指导煤层气压缩机干气密封的优化理论。
【关键词】：干气密封 数值模拟 实验研究
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD712.63;TB42
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 主要符号说明9-10
• 第一章 前言10-16
• 1.1 课题背景及意义10-11
• 1.2 国内外干气密封研究动态11-13
• 1.2.1 国外干气密封研究现状11-12
• 1.2.2 国内干气密封研究现状12-13
• 1.3 干气密封技术的发展趋势13-14
• 1.4 本课题的研究内容14-15
• 1.4.1 主要研究内容14
• 1.4.2 技术路线14-15
• 1.5 本章小结15-16
• 第二章 干气密封原理16-27
• 2.1 密封机理16-17
• 2.2 流体动压原理17-18
• 2.3 干气密封相关理论18-26
• 2.3.1 密封间隙内气膜流动的状态18-20
• 2.3.2 微尺度效应20
• 2.3.3 干气密封的工作原理及其特点20-21
• 2.3.4 干气密封数学模型、力学模型及受力分析21-26
• 2.4 干气密封的主要性能参数26
• 2.5 本章小结26-27
• 第三章 密封端面气膜的性能研究27-39
• 3.1 螺旋槽型干气密封气膜热力过程分析27-28
• 3.2 气膜的热力过程28-29
• 3.3 热量平衡膜厚的影响因子29-31
• 3.4 热量平衡膜厚影响因素31-33
• 3.4.1 热量传递系数31
• 3.4.2 旋转角速度31-32
• 3.4.3 槽深32
• 3.4.4 槽宽坝宽比的影响32-33
• 3.5 计算流体力学33-34
• 3.6 有限体积法34-35
• 3.7 气膜流动计算相关方程35-37
• 3.7.1 纳维斯托克斯(N-S)方程35-36
• 3.7.2 气膜流动的连续性方程36-37
• 3.8 本章小结37-39
• 第四章 干气密封数值模拟计算39-51
• 4.1 螺旋槽型干气密封动环三维建模39-43
• 4.1.1 采用Workbench对模型进行网格划分40-42
• 4.1.2 利用FLUENT软件求解42-43
• 4.2 计算结果演示43-44
• 4.3 模拟结果的比较分析44-50
• 4.3.1 外界因素的变化对密封性能的影响44-45
• 4.3.2 内在因素的变化对密封性能的影响45-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第五章 干气密封实验研究51-59
• 5.1 实验目的51-53
• 5.1.1 实验设备简介51-52
• 5.1.2 实验原理52-53
• 5.2 实验相关参数53
• 5.3 实验步骤53-54
• 5.4 实验数据54-55
• 5.5 实验结果归纳与结果分析55-57
• 5.6 实验结果与模拟结果的比较分析57
• 5.7 本章小结57-59
• 第六章 结论与展望59-60
• 6.1 结论59
• 6.2 展望59-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-63
• 攻读硕士期间发表的论文63-64

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