考虑实际气体效应低速运转螺旋槽干气密封性能研究

发布时间：2017-05-09 09:09

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【摘要】：干气密封,又称机械端面气膜密封,是一种先进的非接触式机械密封。干气密封理论基础始于气体动压轴承理论,利用动压效应形成微米级气膜,防止被密封物质泄漏,最早应用于海洋平台气体运输设备中的离心式压缩机,后经推广应用于离心泵、风机、压缩机、膨胀机、透平机等高速旋转机械的轴端面密封。干气密封具有耐高温、耐腐蚀、效率高、寿命长、磨损低、泄漏率低等优点,应用范围逐渐扩大到反应釜等低速运转的设备中。国内外许多学者已经将研究方向转向了低速工况的干气密封。然而,在研究过程中多将气体视为理想气体,而随着压力的升高,实际气体会偏离理想气体,在研究低速运转干气密封时需要考虑实际气体效应的影响。本文研究对象为螺旋槽干气密封。为分析考虑实际气体效应低速运转下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表现实际气体效应、有效黏性系数代替动力黏度表现滑移流效应,对窄槽理论螺旋槽干气密封气膜压力控制方程进行修正。以空气、N2、H2、 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。并以空气为例,选取经典算例,分析端面几何参数和环境参数对考虑实际气体效应螺旋槽干气密封性能的影响。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；实际气体效应使空气、N2、C02等易受压缩气体(压缩因子Z1)的泄漏率、槽根压力、端面开启力增大,使H2等不易受压缩气体(压缩因子Z1)泄漏率、槽根压力、端面开启力的减小。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。为准确计算低速运转下干气密封性质,不仅考虑滑移流效应,还要考虑实际气体效应的影响。螺旋槽干气密封端面几何参数和环境参数对干气密封性能有较大影响。螺旋角取26。左右,槽深取3.5μm,槽宽比取0.6-0.7,槽长比取0.6-0.7时干气密封可获得较大开启力。开启力随气膜厚度增大而减小,泄漏率随气膜厚度增大同时增大。转速上升,开启力和泄漏率均成线性增长。
【关键词】：干气密封 螺旋槽 滑移流 实际气体 窄槽理论
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH136
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 干气密封简述10
• 1.2 干气密封工作原理简介10-12
• 1.3 国内外干气密封研究现状12-14
• 1.4 低速运转干气密封研究进展14-16
• 1.5 受实际气体效应影响干气密封研究进展16-18
• 1.6 研究意义及内容18-20
• 1.6.1 研究意义18-19
• 1.6.2 研究内容及方法19-20
• 第二章 低速运转螺旋槽干气密封的解析算法20-41
• 2.1 有效黏性系数20-22
• 2.1.1 Veijola对有效黏性系数的推导21-22
• 2.1.2 有效黏性系数表达式22
• 2.2 低速运转螺旋槽干气密封性能解析计算模型22-26
• 2.2.1 螺旋槽轴承窄槽理论22-23
• 2.2.2 螺旋槽干气密封端面压力控制方程23-24
• 2.2.3 低速运转螺旋槽干气密封端面压力控制方程24-26
• 2.2.4 螺旋槽干气密封主要性能参数26
• 2.3 低速螺旋槽干气密封算例试算及分析讨论26-32
• 2.3.1 算例26-27
• 2.3.2 基于Burgdorfer滑移流模型的解析法计算结果27-29
• 2.3.3 不同滑移流模型的解析法计算对比29-32
• 2.4 滑移流模型对比与分析32-40
• 2.4.1 Poiseuille流率因子与Poiseuille流率33
• 2.4.2 不同滑移流模型Poiseuille流率函数对比分析33-40
• 2.5 本章小结40-41
• 第三章 考虑实际气体效应低速运转螺旋槽干气密封计算41-65
• 3.1 维里实际气体状态方程41-42
• 3.2 实际气体分子平均自由程计算42-48
• 3.2.1 理想气体分子平均自由程42-44
• 3.2.2 实际气体分子平均自由程44-45
• 3.2.3 算例计算及结果分析45-46
• 3.2.4 几种典型气体实际分子平均自由程计算46-48
• 3.3 考虑实际气体效应影响的有效黏性系数48-49
• 3.4 考虑实际气体效应低速运转螺旋槽干气密封计算49-63
• 3.4.1 气膜压力控制方程49-51
• 3.4.2 相对误差分析51
• 3.4.3 算例计算及结果分析51-63
• 3.5 本章小结63-65
• 第四章 几何参数和环境参数对螺旋槽干气密封性能影响65-73
• 4.1 基本运行条件65
• 4.2 几何参数的影响65-69
• 4.2.1 螺旋角的影响65-66
• 4.2.2 槽深的影响66-67
• 4.2.3 槽宽比的影响67-68
• 4.2.4 槽长比的影响68-69
• 4.3 环境参数的影响69-72
• 4.3.1 气膜厚度的影响69
• 4.3.2 转速的影响69-70
• 4.3.3 压力的影响70-72
• 4.4 本章小结72-73
• 第五章 结论与展望73-75
• 5.1 结论73-74
• 5.2 展望74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-81
• 附录：攻读硕士学位期间发表的论文81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 苏静;范翔宇;陈林;;CO_2黏度模型及求解[J];断块油气田;2009年05期

2 吴波;陈志;李建明;蒋琳;刘廷超;;基于CFD正交试验的螺旋槽干气密封性能仿真研究[J];流体机械;2014年01期

3 宋鹏云;胡晓鹏;许恒杰;;实际气体对T槽干气密封动态特性的影响[J];化工学报;2014年04期

4 尹晓妮;彭旭东;;考虑滑移流条件下干式气体端面密封的有限元分析[J];润滑与密封;2006年04期

5 宋鹏云;;氢气实际气体对螺旋槽干气密封性能的影响[J];润滑与密封;2010年08期

6 丁雪兴;陈德林;张伟政;俞树荣;杜兆年;;螺旋槽干气密封微尺度流动场的近似计算及其参数优化[J];应用力学学报;2007年03期

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1 蒋小文;螺旋槽干气密封数值模拟及其槽形参数优化[D];南京工业大学;2004年

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本文编号：352209