典型螺旋槽干式气体端面密封的性能对比研究

摘要

螺旋槽干式气体端面密封(S-DGS)广泛应用于压缩机、泵、鼓风机、搅拌器和混合器等大型旋转机械的轴端密封，经过30多年发展，S-DGS已拓展为目前的内环槽(AS-DGS)、雁型槽(GS-DGS)等众多干气密封(DGS)结构型式。但是GS-DGS密封作用机理和影响规律尚不清楚，针对不同工况如何进行槽型选择设计，目前仍缺少系统的理论指导。
　　 本文对上述典型槽型干气密封(DGS)的密封性能进行比较研究。首先，基于气体润滑理论，针对光滑雁型槽干气密封(GS-DGS)建立了气膜压力控制方程，采用有限单元法进行求解，以最大刚漏比为原则对几何参数进行优化，以最优几何参数取值设计GS-DGS端面槽型进行实验，结合实验研究验证程序的可行性。在此基础上，理论结合实验进行S-DGS、AS-DGS和GS-DGS三种槽型的密封性能对比研究，研究操作条件等对承载能力、气膜刚度、刚漏比以及泄漏率等密封参数的影响规律，结果表明：GS-DGS具有明显优异的综合工作性能，可以适用于更宽范围的操作条件。最后，研究了GS-DGS在滑移流和粗糙度综合影响下的密封性能，结果表明：当Kn=0.016～1,h/σ＜3时，对密封性能的影响最为显著。在此条件下对比研究三种槽型DGS的密封性能，得出在低速低压情况下应优先选择AS-DGS和GS-DGS。
　　 本文研究成果将为解决DGS端面槽型的工程设计、针对不同操作条件和要求选择合适的DGS、提高密封稳定性提供理论依据，进而满足大型机械设备轴端密封高可靠性和高稳定性的要求，具有重要的理论意义和工程应用价值。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题背景、目的及意义

1.2 国内外研究的状况及存在的问题

1.2.1 DGS的研究状况

1.2.2 各种槽型DGS密封性能对比研究概况

1.2.3 滑移流下DGS密封性能研究概况

1.2.4 粗糙度下DGS研究概况

1.2.5 研究DGS方法的发展概况

1.2.6 存在的问题

1.3 研究内容与步骤

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究步骤

第2章 雁型槽干气密封的密封性能研究

2.1 GS-DGS端面气膜压力的求解

2.1.1 几何模型

2.1.2 计算模型

2.1.3 伽辽金法建立变分方程

2.1.4 变分方程的离散化

2.1.5 相关密封性能参数

2.2 端面几何参数对GS-DGS密封性能的影响

2.3 GS-DGS密封性能的实验研究

2.4 本章小结

第3章 三种槽型DGS端面密封性能的对比研究

3.1 几何参数的选择

3.2 光滑表面下三种槽型密封性能的对比研究

3.2.1 操作参数对密封性能的影响

3.2.2 密封性能增量比的对比研究

3.3 实验研究三种槽型的工作性能

3.3.1 实验研究

3.3.2 数值分析

3.4 结论

第4章 低速低压下三种槽型DGS密封性能的对比研究

4.1 滑移流对GS-DGS密封性能的影响

4.1.1 计算模型

4.1.2 密封性能参数

4.1.3 滑移流对密封性能的影响

4.1.4 努森数Kn的影响

4.2 表面粗糙度对GS-DGS密封性能的影响

4.2.1 气膜几何形状

4.2.2 计算模型的建立

4.2.3 密封性能参数

4.2.4 粗糙度对GS-DGS密封性能的影响

4.3 综合考虑滑移流和粗糙度时三种槽型DGS密封性能的对比研究

4.3.1 参数选择

4.3.2 密封性能参数

4.3.3 操作参数对密封性能的影响

4.4 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 主要完成的工作

5.2 结论

5.3 创新点

5.4 展望

参考文献

符号说明

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果