向心透平干气密封结构参数对性能的影响研究

摘要

随着工业技术的发展和人们对环保意识的增强，人们对工业密封的要求也越来越严格，因此干气密封技术应运而生。干气密封是一种新型的流体动压型非接触式机械密封，属于机械密封表面改形技术。它的出现解决了长期以来机械密封不能干运转的问题。干气密封具有无磨损、功耗小、寿命长、结构简单、泄漏小等优点。目前，国外对干气密封的基础研究已经比较成熟，并在石化行业中得到了广泛应用。我国对干气密封的研究起步较晚，相对国外有着很大的差距，干气密封产品主要依赖进口。因此，对干气密封技术进行研究对提高我国密封技术整体水平有着很重大的意义和价值。
　　本文以低温余热发电实验台中向心透平为研究对象，对其轴端干气密封的密封性能进行研究。主要工作内容和结论如下：
　　（1）在对螺旋槽干气密封的工作原理、受力情况、主要结构参数和性能参数进行综合分析研究的基础上，引入了刚漏比的概念作为综合评价螺旋槽干气密封密封性能的指标，并根据各结构参数的经验取值范围和公式，参考已有的螺旋槽干气密封结构，对用于低温余热发电试验台向心透平用轴端干气密封结构进行了设计。
　　（2）采用Solidworks软件建立了螺旋槽干气密封端面气膜的三维模型，并对其采用 Fluent进行数值模拟，得到了流场的压力分布、泄漏量和刚度。将模拟结果与文献中实验结果进行对比，证明了模拟方法的正确性。
　　（3）对向心透平轴端干气密封进行了数值模拟，改变结构参数，得出了不同结构参数下干气密封的泄漏量、开启力等，分析了干气密封结构参数对密封性能的影响。结果表明：槽数对螺旋槽干气密封的密封性能基本没有影响，而槽堰宽比、槽长坝长比、膜厚和槽深对密封性能的影响很大。螺旋槽干气密封的密封性能在螺旋角α=15°、槽堰宽比λ=0.4、槽长坝比γ=0.5、槽深hg=2μm时达到最优。而膜厚越小时螺旋槽干气密封密封性能越好，但考虑到实际情况，膜厚取1μm作为最优值。
　　（4）建立了几种不同结构的槽形，并通过 Fluent模拟对不同槽形干气密封密封端面间的压力分布、开启力、泄漏量、刚度等密封性能进行了分析对比。结果表明：螺旋槽开启力最大、泄漏量较小、刚度和刚漏比相对较大，各种性能参数都比较优异，适用于绝大部分干气密封；尾翼螺旋槽各项性能参数都比较中等，各项性能参数都低于螺旋槽，且结构较复杂，综合性能不如螺旋槽；联通螺旋槽刚度和刚漏比最大、开启力和泄漏量相对较大，比较适用于对泄漏量要求不高、对刚度要求比较高的干气密封；双螺旋槽开启力、刚度和刚漏比相对最小，抗干扰能力较弱，但其泄漏量远小于其他槽形，而且其性能参数受转速影响较小，适用于对泄漏量要求比较严格的场合。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状

1.3 干气密封的研究意义与发展趋势

1.4 本课题的来源及研究内容

1.5 小结

2 干气密封原理及参数设计

2.1 流体动压润滑

2.2 干气密封的基本结构和工作原理

2.3 干气密封的受力分析

2.4 干气密封的布置形式

2.5 干气密封的主要结构和性能参数

2.6 气膜连续性及流动状态的判定

2.7 小结

3 干气密封结构参数对密封性能的影响

3.1 计算方法

3.2 模型建立

3.3 网格划分及边界条件

3.4 计算模型

3.5 实例计算验证

3.6 几何参数对密封性能的影响

3.7 小结

4 不同槽形对密封性能的影响

4.1 几种槽形的结构

4.2 模型建立

4.3 网格划分及边界条件

4.4 模拟结果的分析

4.5 小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文

致谢