带内环槽的螺旋槽干式气体端面密封的性能研究

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在石油和石化行业中,干式气体端面密封(DGS)在高速旋转机械(如离心压缩机)上应用日趋广泛,并正逐渐扩展到泵及反应釜等中低速回转设备上。但是由于DGS在启动时不易开启,低速低压下难以建立稳定的气膜,同时也缺少完善的中低速设计理论和方法,因此制约了DGS的推广应用。所以,研究并完善中低速条件下DGS的设计理论,改善DGS在低速低压条件下和启动时的工作性能,具有重要意义。首先,针对光滑面螺旋槽干式气体端面密封(S-DGS)建立了端面气膜压力控制方程组,采用有限单元法进行求解,计算了密封性能参数,并与相关文献进行了比较,验证了有限元程序的可靠性。在此基础上,研究比较了收敛型槽深S-DGS与普通等槽深S-DGS的密封性能,结果表明,在低速低压条件下,收敛型槽深S-DGS的密封性能没有明显优势。其次,建立了带内环槽S-DGS端面气膜压力控制方程,并采用有限单元法求解,研究了低速低压条件下密封性能随端面微槽几何参数变化的规律,以获得较大气膜刚度或开启力以及较小泄漏量为几何结构优化原则,对微槽几何参数进行了优化。最后,基于流体润滑理论,考虑端面气膜滑移流,建立并采用有限单元法求解了带内环槽S-DGS的端面膜压控制方程,系统研究了低速低压条件下滑移流对该种密封性能的影响。结果表明,当0.05≤Kn<1时,滑移流对密封性能产生明显影响。在此基础上,以获得较大气膜刚度和较小泄漏量为端面几何参数优化准则,对考虑滑移流条件下带内环槽S-DGS密封端面几何结构参数进行了优化。研究结果为改善S-DGS的开启特性,提高S-DGS的低速低压工作能力,以及带内环槽S-DGS的实际设计与应用提供了较全面的理论依据。
摘要第5-6页
ABSTRACT第6页
第1章 绪论第9-19页
    1.1 课题来源第9-10页
    1.2 研究意义与目的第10-11页
    1.3 国内外研究现状第11-17页
        1.3.1 数值方法在DGS计算中的应用第11-13页
        1.3.2 S-DGS密封端面几何参数对气体密封性能的影响第13-16页
        1.3.3 滑移流条件下S-DGS密封性能研究第16-17页
    1.4 研究内容第17-19页
第2章 螺旋槽气体端面密封性能研究第19-30页
    2.1 计算模型第19-23页
        2.1.1 几何模型第19-20页
        2.1.2 数学模型的无量纲化第20页
        2.1.3 变分方程的建立第20-21页
        2.1.4 边界条件第21-22页
        2.1.5 密封性能参数第22页
        2.1.6 程序可靠性验证第22-23页
    2.2 密封端面几何参数对S-DGS密封性能的影响第23-29页
    2.3 本章小结第29-30页
第3章 带内环槽的螺旋槽气体端面密封性能研究第30-52页
    3.1 收敛型槽深S-DGS的计算模型第30页
    3.2 收敛型槽深S-DGS与等槽深S-DGS密封性能比较第30-42页
        3.2.1 压力分布第31-32页
        3.2.2 收敛型槽深S-DGS密封性能研究第32-42页
    3.3 带内环槽S-DGS的密封性能研究第42-51页
        3.3.1 两种结构S-DGS气膜压力分布比较第43-44页
        3.3.2 两种结构S-DGS密封性能的比较第44-47页
        3.3.3 几何参数对带内环槽S-DGS密封性能的影响第47-51页
    3.4 本章小结第51-52页
第4章 滑移流对密封性能影响的研究第52-70页
    4.1 计算模型第53页
        4.1.1 无量纲化几何模型第53页
        4.1.2 压力方程求解与密封性能参数第53页
    4.2 滑移流对密封性能的影响第53-69页
        4.2.1 密封压力、转速、努森数的影响第54-63页
        4.2.2 考虑滑移流效应时端面几何参数对密封性能的影响第63-69页
    4.3 本章小结第69-70页
第5章 结论与展望第70-72页
    5.1 主要完成的工作第70页
    5.2 结论第70-71页
    5.3 创新点第71页
    5.4 展望第71-72页
参考文献第72-77页
附录1第77-79页
致谢第79-80页
攻读学位期间参加的科研项目和成果第80页
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