双尖槽干气密封端面结构及密封特性研究

• 作 者: 刘明东
• 出 处: 西华大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: 密封 干气密封 双尖槽 雷诺方程 数值计算

为了提高干气密封的密封性能,增强其使用寿命,本文将干气密封端面作为研究对象,提出一种新型双尖槽密封端面。建立了其几何模型和数学模型,用有限差分法进行求解与分析,并编写MATLAB计算程序,对端面气膜压力分布和相关密封性能参数进行求解。就膜厚和转速两组变量对新型双尖槽和普通螺旋槽进行密封性能对比,并研究了密封环端面结构参数对双尖槽的开启力、泄漏量、刚度、刚漏比的影响,得到了相关变化规律。为该密封端面结构的设计与研究提供了理论依据,具体结论有:(1)相比与普通螺旋槽,当膜厚值大于3μm时,双尖槽对密封性能的优化效果较为微弱;当膜厚值小于3μm时,双尖槽干气密封的开启力、刚度均有明显提升,泄漏量有轻微的增加,但均保持在合理的范围内,其双尖槽对密封性能的优化效果较强。(2)随着槽堰周向比的增加,开启力、刚度、刚漏比先呈增长的趋势,然后逐渐减小,泄漏量先增长再逐渐趋于平稳,当槽堰周向比值范围为2~3时,在保证泄漏量达到要求的同时,其开启力、气膜刚度等参数均有较大值,其槽堰周向比的优选值为2.5。(3)随着槽坝径向比的增加,开启力、刚度、刚漏比先呈增长的趋势,然后再逐渐减小,泄漏量先呈增长趋势再趋于平稳,当槽坝径向长度比值范围为0.75~0.9时,在保证泄漏量达到要求的同时,其开启力、气膜刚度等参数均有较大值,槽坝径向比优选值为0.85。(4)当两螺旋槽槽深恒定时,随着圆弧槽的开槽深度增大,开启力、刚度等性能参数基本呈减小趋势,在圆弧槽深范围为3~5μm时,在保证泄漏量达到要求的同时,开启力和刚度均有较大值,且圆弧槽深为3μm时,开启力和刚度达到最大。(5)随着螺旋槽1的槽深增大,开启力、泄漏量、刚度先呈增长的趋势,再逐渐减小,当取值范围在8~16μm时,在保证泄漏量达到要求的同时,开启力、气膜刚度等参数均有较大值;随着螺旋槽2的槽深增加,开启力、刚度、泄漏量先呈增长趋势后逐渐减小,刚漏比先逐渐减小再增大,当取值范围在5~10μm时,在保证泄漏量达到要求的同时,开启力、气膜刚度等参数均有较大值,且螺旋槽1的优选槽深取值为12μm,螺旋槽2的优选槽深取值为8μm。