螺旋槽干气密封环端面摩擦学特性研究

发布时间：2019-11-14 21:13

【摘要】：干气密封的启停阶段,以及由于加工、安装等误差导致的非正常运行阶段,干气密封端面都会发生接触摩擦,这会影响干气密封的使用寿命和稳定性,甚至会直接导致干气密封的损坏。尤其是对于一些极端工况下使用的干气密封,如低转速干气密封的开启时间较长,导致密封端面在开启阶段摩擦磨损严重;高压干气密封在启停阶段端面载荷大,端面磨损严重,并会产生较高的摩擦温热导致端面变形。因此,干气密封端面的摩擦学特性对于干气密封性能的优劣至关重要。本文以干气密封磨损最为严重的启停阶段为基础,选择合适的工况,对干气密封端面的摩擦学特性进行试验研究与讨论。主要进行了如下内容的研究:利用端面摩擦磨损试验机,对干气密封环进行试验,共进行了特定工况下干气密封环端面的磨合试验、螺旋槽干气密封环端面摩擦特性试验、两种螺旋角干气密封环端面摩擦学性能对比试验等三项试验。通过试验,获得端面摩擦系数、摩擦温升、石墨环磨损量及表面磨损形貌等试验参数,并分析讨论了干气密封环的磨合规律、密封环的摩擦特性与工况参数的关系以及螺旋角对密封环摩擦特性的影响。根据试验结果以及试验过程中密封环摩擦特性参数的变化,对密封环的摩擦机理进行了分析与推测。通过上述试验研究,发现:干气密封环存在着明显的磨合现象,且由于密封环材料及端面结构的特殊性,石墨环内外圈的磨损规律存在差异;工况参数的改变会明显影响密封环的摩擦特性,且石墨环的自润滑性能够改善端面润滑状态,提升端面的摩擦性能;两种螺旋角试件在摩擦学特性方面表现出明显的差异,在干气密封端面结构优化设计时,有必要考虑结构参数对端面摩擦磨损的影响。试验结果为今后干气密封摩擦学方面的研究以及基于端面摩擦磨损的优化设计提供了一定的基础与指导。
【图文】：

干气密封,结构示意图

即“干运转气体密封”，和接触式机械密封相似，干气组成，并在动环上开设有气体动压槽，运行时密封端面之所分开从而达到密封要求，属于一种气体润滑的端面非接密封常被用来密封旋转型工业设备易泄漏的工艺气体或液体广泛用于过程工业的离心式压缩机中，如大型合成氨、尿逐步取代了陈旧的迷宫密封、浮环密封和接触式机械密封航天、航海等工业中，干气密封都被广泛使用[3]。相比于机宫密封等密封形式，干气密封具有以下优势：于干气密封克服了干运转的难题，因此在密封系统中无需密面的非接触式运转降低了功耗，同时有避免了润滑油对工气密封工作效率高，运行稳定，这减少了干气密封的维修气密封泄漏量小，寿命长，而且能够适应高温、高压、高种强腐蚀性介质。

受力图,干气密封,受力图,闭合力

图 1. 2 干气密封受力图所示为干气密封的受力图，如图，弹簧力和工艺介质的流体的闭合力，作用在静环背侧，而密封端面间的流体动压力，作用在动静环端面两侧。密封刚开始运转的时候，转速体动压力较小，闭合力大于开启力，动静环保持接触，而压力升高，但闭合力基本保持不变，直至开启力大于闭合运动，动静环脱开，此时弹簧被压缩，闭合力增大，，直至到平衡，端面间形成稳定的气膜，干气密封开始正常运转脱开时的转速，称为干气密封的开启转速，也叫临界转速是在干气密封的临界转速下进行的。密封槽型介绍
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH136;TH117.1

【参考文献】