雙向旋轉(zhuǎn)樅樹型槽干式氣體端面密封的性能研究.pdf

1、干氣密封具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于石油天然氣、石油化工、冶金和航空航天等重要的工業(yè)與行業(yè)領(lǐng)域。然而在實(shí)際運(yùn)行中，原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向和工藝操作流程錯(cuò)序等綜合因素往往容易造成離心機(jī)泵等設(shè)備的反向旋轉(zhuǎn)，因此導(dǎo)致常規(guī)單向型槽端面干氣密封無(wú)法產(chǎn)生流體動(dòng)壓開啟力而引起端面的磨損失效，造成轉(zhuǎn)軸抱死、裝置停產(chǎn)等惡劣事故。為了降低離心機(jī)泵反向運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)，滿足雙向旋轉(zhuǎn)的使用要求，約翰克蘭公司推出了雙向旋轉(zhuǎn)樅樹型槽端面結(jié)構(gòu)的干氣密封(F-

2、DGS)并在現(xiàn)場(chǎng)得到成功應(yīng)用。盡管如此，但是目前F-DGS的密封機(jī)理與性能及其變化規(guī)律尚不清楚，缺少系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論與方法，無(wú)法滿足國(guó)內(nèi)生產(chǎn)與用戶的有關(guān)需求。
　　 本文首先基于氣體潤(rùn)滑理論，建立了F-DGS和螺旋槽干氣密封的通用數(shù)學(xué)分析模型，采用有限元法求解，結(jié)合有關(guān)文獻(xiàn)中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了計(jì)算模型的正確性以及計(jì)算方法的合理性與可靠性。其次，在端面產(chǎn)生的流體動(dòng)壓效應(yīng)、密封性和穩(wěn)定性等方面，分析對(duì)比了F-DGS與典型螺旋槽干氣密封兩者

3、性能間的優(yōu)劣，結(jié)果表明：盡管F-DGS端面產(chǎn)生的動(dòng)壓效應(yīng)與密封穩(wěn)定性相對(duì)處于劣勢(shì)，但是其密封性較好，端面間氣膜壓力分布穩(wěn)定均勻，且適合雙向旋轉(zhuǎn)應(yīng)用場(chǎng)合。接著研究了F-DGS在不同操作工況和不同端面型槽幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)條件下，其密封性能(包括開啟力、氣膜剛度、泄漏率、剛漏比等參數(shù))的變化規(guī)律，給出了不同型槽幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)F-DGS的最佳適用工況，以及在不同工況條件下各端面幾何參數(shù)的優(yōu)選范圍。最后，在此基礎(chǔ)上，研究了F-DGS端面樅樹型槽的徑向列