动压和静压型干气密封流动特性及密封性能对比研究

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作者 张兰霞 丁雪兴 +3 位作者 张帅 王世鹏 洪先志 包鑫 《润滑与密封》 北大核心 2025年第4期16-23,共8页

为进一步改善旋转机械轴端密封低寿命、可靠性差问题。以动压型、静压型及动静压组合型干气密封结构为研究对象,基于流体润滑理论,建立表征压型、静压型干气密封气膜压力分布的控制方程。采用数值仿真计算方法,以最大开启力和最小泄漏... 为进一步改善旋转机械轴端密封低寿命、可靠性差问题。以动压型、静压型及动静压组合型干气密封结构为研究对象,基于流体润滑理论,建立表征压型、静压型干气密封气膜压力分布的控制方程。采用数值仿真计算方法,以最大开启力和最小泄漏率为目标,对比分析工况参数、气膜厚度对密封性能的影响,并获得密封性能优良的结构型式及参数范围。研究结果表明:给定参数下,动静压组合型干气密封具有较大压力峰值,且出现在节流孔中心区域;随着转速增加,具有动压槽的干气密封结构的开启力呈增大趋势,因静压节流装置受转速影响小,低载荷下可获得较大的开启力,受节流孔的影响,泄漏率增加;气源压力较小或介质压力较低时,节流出口处存在明显压降和回流现象,使得动压效应和静压效应减弱,在介质压力0.3 MPa,气源压力0.45 MPa附近可获得高开启力和低泄漏率;随着气膜厚度的增大,干气密封结构泄漏率均呈增大趋势,其中有静压节流装置的干气密封结构的泄漏率变化明显。因此,在减磨抗振方面,受静压效应和动压效应综合影响的动静压组合型干气密封结构性能良好;在泄漏方面,因动压效应的影响,动压型干气密封具有最佳控漏效果。研究结果可为高性能旋转机械轴端用干气密封结构优化协调设计提供理论参考。 展开更多

关键词 干气密封 静压节流 流动特性 密封性能 螺旋槽

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动静压干气密封节流孔特性研究

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作者 张兰霞 丁雪兴 +3 位作者 张帅 王世鹏 洪先志 包鑫 《润滑与密封》 北大核心 2025年第6期31-39,共9页

为解决旋转机械用轴端密封因动压不足引起的碰磨失效问题,采用数值计算方法研究干气密封结构在不同模型下的节流孔特性,探究节流孔分布圆半径对稳态性能的影响及不同膜厚下节流参数和工况参数对开启力和泄漏率的影响规律。研究结果表明... 为解决旋转机械用轴端密封因动压不足引起的碰磨失效问题,采用数值计算方法研究干气密封结构在不同模型下的节流孔特性,探究节流孔分布圆半径对稳态性能的影响及不同膜厚下节流参数和工况参数对开启力和泄漏率的影响规律。研究结果表明:节流孔分布圆半径对稳态性能具有显著影响,随分布圆半径的增大,泄漏率逐渐降低,开启力呈现出先增大后减小的趋势;节流孔直径的增大导致密封间隙高压区域增加,在高压差下开启力和泄漏率均随之上升;当动压效应不足时,应设定气源压力略高于介质压力,以确保获得较大开启力和较小泄漏率;转速对仅有节流装置的静压密封受的影响相对较小,并且在低载荷阶段能够有效降低密封副端面的碰磨失效风险;在高转速工况下,干气密封主要通过改进密封环端面动压槽的结构来提升密封性能,因此合理地设计是提升密封性能的关键,研究结果为动静压干气密封的优化设计提供了理论参考。 展开更多

关键词 干气密封 稳态性能 节流孔特性 均压槽 泄漏率

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力载荷下分瓣式碳环密封结构变形研究 被引量：1

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作者 李璐 丁雪兴 +3 位作者 王蕊霞 徐洁 洪先志 包鑫 《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期57-64,共8页

为探究力载荷下分瓣式碳环密封结构参数对密封面径向变形的影响规律,采用数值计算求解压力控制雷诺方程,获得气膜压力,再结合有限元分析软件进行流固热耦合仿真模拟,探究特定工况下不同结构参数对碳环变形的影响,分析主密封面径向变形... 为探究力载荷下分瓣式碳环密封结构参数对密封面径向变形的影响规律,采用数值计算求解压力控制雷诺方程,获得气膜压力,再结合有限元分析软件进行流固热耦合仿真模拟,探究特定工况下不同结构参数对碳环变形的影响,分析主密封面径向变形特性。研究表明:力变形中,防转销的安装位置对碳环径向变形量影响最大,选取恰当的安装位置可减小径向变形量;外部凸结构不均匀且圆心角比例较大时,径向变形量较小;两侧搭接口比例越大时径向变形量越小;拉紧弹簧和压紧弹簧的选取对碳环径向变形量影响较小;弹簧压力越大时径向变形量越小,但弹簧压力过大时,容易导致碳环磨损加剧、断裂甚至密封失效,应参考实际工况选择适当弹簧压力。研究结果为分瓣式碳环密封的结构优化设计提供参考。 展开更多

关键词 分瓣式碳环 碳环密封 流固耦合 力变形

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基于湍流模型的S-CO_(2)干气密封流场与稳态性能分析 被引量：15

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作者 严如奇 丁雪兴 +2 位作者 徐洁 洪先志 包鑫 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期4292-4303,F0003,共13页

为探究湍流效应对S-CO_(2)干气密封性能的影响规律,以螺旋槽干气密封为研究对象,引用考虑离心惯性力效应的湍流Reynolds方程,选择Ng-Pan湍流系数表达式,采用物性软件REFPROP对CO_(2)真实物性进行计算。之后,根据普适能量方程,通过引入... 为探究湍流效应对S-CO_(2)干气密封性能的影响规律,以螺旋槽干气密封为研究对象,引用考虑离心惯性力效应的湍流Reynolds方程,选择Ng-Pan湍流系数表达式,采用物性软件REFPROP对CO_(2)真实物性进行计算。之后,根据普适能量方程,通过引入包含湍流效应、离心惯性力效应的平均速度,建立了可压缩流体简化能量方程。通过对湍流Reynolds方程与简化能量方程进行耦合求解,分析讨论了不同工况参数与平均膜厚下湍流效应对密封性能的影响。研究表明:湍流效应使得气膜流场内压力与温度分布发生显著变化,流场计算时不可忽略;在不同进口压力、进口温度下,湍流下的开启力和泄漏率显示出与层流一致的变化趋势;在不同平均膜厚下,考虑湍流效应后的开启力呈现出与层流不同的变化规律,而泄漏率表现出与层流相同的变化趋势;在不同进口压力、进口温度、平均膜厚下,湍流下的开启力和泄漏率均比层流下的低,且在两种流态下的这种差异随着进口压力、进口温度、平均膜厚的增大而逐渐增大;在不同转速下,开启力和泄漏率在湍流下分别表现出与层流不同的变化趋势。这些结果为进一步研究湍流效应对S-CO_(2)干气密封的影响提供了支撑。 展开更多

关键词 超临界二氧化碳 干气密封 湍流效应 离心惯性力效应 真实气体效应 阻塞流

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超临界二氧化碳干气密封相态分布规律与密封性能研究 被引量：11

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作者 严如奇 洪先志 +2 位作者 包鑫 徐洁 丁雪兴 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期3681-3690,共10页

以超临界二氧化碳干气密封为研究对象,分别以维里方程、Lucas方程描述二氧化碳真实气体效应、黏度的变化,在考虑阻塞流效应的同时,采用有限差分法对考虑离心惯性力效应的Reynolds方程与能量控制方程进行耦合求解,分析讨论了工况参数与... 以超临界二氧化碳干气密封为研究对象,分别以维里方程、Lucas方程描述二氧化碳真实气体效应、黏度的变化,在考虑阻塞流效应的同时,采用有限差分法对考虑离心惯性力效应的Reynolds方程与能量控制方程进行耦合求解,分析讨论了工况参数与槽形结构参数对其相态分布规律与密封性能的影响。研究表明:S-CO2从密封端面进口至出口的流动过程中,如果工况参数设置合理,将由超临界态逐渐转变为气态,并不会出现液态;较低的进口压力、进口温度以及转速,均会容易导致潜在的凝结流动发生;相比于工况参数对相态分布的影响,槽形参数对相态分布的影响较小,近乎可以忽略;开启力除了随进口温度的升高而减小外,均随进口压力、转速、槽深、螺旋角的增大而增大;泄漏率随进口温度和转速的增大而减小,但其随进口压力、槽深、螺旋角的增大而增大。这些结果为进一步研究超临界二氧化碳干气密封提供了一定的支撑。 展开更多

关键词 超临界二氧化碳 干气密封 离心惯性力效应 真实气体效应 阻塞流 相态分布

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超临界二氧化碳动静压干气密封稳态性能和加热模式对比研究 被引量：4

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作者 江锦波 江鹏 +3 位作者 彭旭东 彭建 洪先志 唐大全 《热力发电》 CAS CSCD 北大核心 2023年第11期46-56,共11页

为提高现有超临界二氧化碳(S-CO_(2))动压型干气密封的气膜刚度和降低因密封进气管路上设置加热器而增加的额外功耗,提出一种基于静环背部环体加热的S-CO_(2)动静压型干气密封新结构。基于共轭热传递模型,采用商用软件Fluent求解密封压... 为提高现有超临界二氧化碳(S-CO_(2))动压型干气密封的气膜刚度和降低因密封进气管路上设置加热器而增加的额外功耗,提出一种基于静环背部环体加热的S-CO_(2)动静压型干气密封新结构。基于共轭热传递模型,采用商用软件Fluent求解密封压力场和温度场,对比分析了S-CO_(2)动压型、静压型和动静压型干气密封的稳态性能和流场分布,探讨了不同加热模式和热源温度下S-CO_(2)动静压型干气密封的流动传热特性和功率消耗。结果表明:在给定参数下,相较于动压型干气密封,动静压型干气密封的气膜刚度增加到2倍以上,不过泄漏率也增加了35%;相较于直接气体加热模式,环体加热模式下的加热功耗降低44%,密封运行经济性更好。这为S-CO_(2)发电系统压缩机端干气密封的结构设计和辅助系统改进提供了新的思路。 展开更多

关键词 超临界二氧化碳 干气密封 加热模式 气膜刚度

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高压工况上游泵送机械密封热力变形与密封性能分析 被引量：7

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作者 谢玉汉 孟祥铠 +3 位作者 赵文静 王禹衡 洪先志 彭旭东 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第10期4241-4251,共11页

为研究高压工况下上游泵送机械密封的性能,考虑密封环与润滑液膜间的流固热力耦合作用,建立了其热弹流润滑模型,基于有限单元方法求解液膜润滑方程、密封环热传导方程和热力变形方程,采用三重迭代算法实现膜压、膜厚、温度和变形之间的... 为研究高压工况下上游泵送机械密封的性能,考虑密封环与润滑液膜间的流固热力耦合作用,建立了其热弹流润滑模型,基于有限单元方法求解液膜润滑方程、密封环热传导方程和热力变形方程,采用三重迭代算法实现膜压、膜厚、温度和变形之间的耦合求解,研究了转速、密封压力和介质温度对上游泵送机械密封端面变形的影响规律,分析了热力变形作用下密封的上游泵送能力。研究结果表明,高压工况下密封端面产生了沿上游泵送方向收敛的液膜间隙,高密封压力下的力变形是主要原因,热变形部分抵消了压力变形带来的影响;随转速的增大,液膜沿上游泵送方向的收敛程度减小,上游泵送率增大,摩擦因数增大;随着密封介质压力的增大,液膜收敛程度增大,摩擦因数减小,上游泵送率大幅减小;随密封介质温度的升高,液膜收敛程度减小,摩擦因数减小,上游泵送率有所增加。研究结果可为高压上游泵送机械密封环的结构优化和设计提供理论参考。 展开更多

关键词 上游泵送机械密封 热力变形 热弹流润滑模型 密封性能 有限单元法

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高参数上游泵送机械密封性能计算与分析研究 被引量：7

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作者 王朝亚 唐大全 +2 位作者 赵春林 严如奇 丁雪兴 《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 2021年第9期82-90,共9页

以螺旋槽上游泵送机械密封为研究对象,用有限差分法离散Reynolds方程,基于轴向力平衡条件作为迭代收敛准则,采用逐次超松弛迭代(SOR)法在Mathematica软件中编程求解液膜压力分布,以及相关密封特性参数,并分析不同工况参数与结构参数对... 以螺旋槽上游泵送机械密封为研究对象,用有限差分法离散Reynolds方程,基于轴向力平衡条件作为迭代收敛准则,采用逐次超松弛迭代(SOR)法在Mathematica软件中编程求解液膜压力分布,以及相关密封特性参数,并分析不同工况参数与结构参数对密封特性的影响。研究结果表明:泵送率随进口压力的增加呈非线性减小,随转速、槽深、槽长坝长比的增加呈非线性增大;液膜摩擦因数随着转速的增加近似以线性方式增大,随进口压力、槽深、槽长坝长比的增加呈非线性减小;随着螺旋角的增大泵送率先增大后减小,而液膜摩擦因数表现出与泵送率相反的趋势,说明螺旋角存在最优值;相比于结构参数对密封特性的影响,工况参数的影响较大。 展开更多

关键词 螺旋槽 上游泵送机械密封 有限差分法 MATHEMATICA软件 超松弛迭代法 密封性能

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多重效应下超高速干气密封流场模拟及密封性能试验 被引量：7

9

作者 丁俊华 俞树荣 +3 位作者 王世鹏 洪先志 包鑫 丁雪兴 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第5期2088-2099,共12页

为探究重大关键设备中超高速干气密封的气膜流场规律,考虑超高转速产生的湍流效应、惯性效应、真实气体效应、阻塞流效应对气膜流场和密封性能的影响,构建多重效应下湍流计算模型。试验验证理论模型的正确性和有效性,并探索超高速条件... 为探究重大关键设备中超高速干气密封的气膜流场规律,考虑超高转速产生的湍流效应、惯性效应、真实气体效应、阻塞流效应对气膜流场和密封性能的影响,构建多重效应下湍流计算模型。试验验证理论模型的正确性和有效性,并探索超高速条件下不同工况参数和结构参数对密封性能的影响。研究结果表明:湍流效应下,泄漏率随转速和介质压力的增大而增大;开启力随转速的增大先略微减小后逐渐增大,而随介质压力的增大非线性提升。本实例超高速工况下(50000 r/min、11 MPa),优化结果表明螺旋角选择16°,槽深则在6~7μm范围内选择。这为设计和制造超高速干气密封提供了理论支撑。 展开更多

关键词 超高速 干气密封 湍流效应 数值模拟 试验研究

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干气密封用电动增压与气动增压装置性能比较 被引量：2

10

作者 唐大全 《化工设备与管道》 CAS 2017年第6期50-55,共6页

在天然气管线压缩机干气密封辅助系统上,已有电动增压装置的应用。由此解决串联式干气密封开停车过程中一级密封气流量不足的手段有两种,即电动增压与气动增压装置。一种利用电力提供动力,另一种利用低压气体提供动力,但其最终效果基本... 在天然气管线压缩机干气密封辅助系统上,已有电动增压装置的应用。由此解决串联式干气密封开停车过程中一级密封气流量不足的手段有两种,即电动增压与气动增压装置。一种利用电力提供动力,另一种利用低压气体提供动力,但其最终效果基本相同。但在操作维护和性价比上,气动增压装置更有优势。电动增压装置要在干气密封控制系统上更大范围地推广运用,在性能设计上还须持续改进和优化。 展开更多

关键词 干气密封 电动增压 气动增压

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椭圆微织构结构参数对气膜浮环密封性能的影响

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作者 王世鹏 丁雪兴 +2 位作者 丁俊华 洪先志 包鑫 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期146-159,共14页

目的提高以气体作为润滑介质的织构化浮环密封的密封性能,为气膜浮环密封的优化设计提供理论基础。方法基于气体润滑理论,建立了表征织构化密封环间隙气体流动状态的物理方程,采用有限差分法对控制方程进行数值求解,以气膜浮升力最大和... 目的提高以气体作为润滑介质的织构化浮环密封的密封性能,为气膜浮环密封的优化设计提供理论基础。方法基于气体润滑理论,建立了表征织构化密封环间隙气体流动状态的物理方程,采用有限差分法对控制方程进行数值求解,以气膜浮升力最大和泄漏率最小为优选目标,分析特定工况条件下椭圆微织构孔结构参数对密封性能的影响规律,获得密封性能优良的结构参数的优选范围。结果随着转速和压力的提高均可增强动压效应,提高气膜浮升力。泄漏率随着压力的增加显著升高,但随着转速的提高缓慢下降。椭圆微织构孔几何结构参数对浮环密封气膜浮升力数值的影响因素主次顺序为:面积率>形状比>织构深度>旋转倾角。对密封装置的泄漏率数值的影响因素主次顺序为:织构深度>形状比>面积率>旋转倾角。在转速和压力分析范围内,浮环密封的润滑与密封性能受轴套表面织构几何参数的影响,推荐优先选择的椭圆织构结构参数为:形状比γ=3∶1,面积率Sp=11%,旋转倾角β=0°和织构深度ht=1μm,以获得良好的密封性能。结论微织构的存在可以改善浮环密封的密封性能,选择合适的表面织构参数能起到减摩润滑的效果。研究结果可为气膜浮环密封的加工制造提供理论参考。 展开更多

关键词 浮环密封 气体润滑 椭圆微织构 稳态性能 有限差分法 织构参数

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基于湍流模型的碳环密封泄漏特性数值计算

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作者 王蕊霞 丁雪兴 +4 位作者 陈汉卿 王世鹏 李璐 洪先志 包鑫 《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 2023年第10期149-156,共8页

为探究工况参数对湍流效应下不同轴径碳环密封泄漏特性的影响规律,在层流动力润滑研究的基础上,建立湍流动力润滑理论模型,选用Ng-Pan湍流系数表达式,采用有限差分法对介质流体压力控制方程进行迭代求解,分析碳环密封的泄漏特性。研究表... 为探究工况参数对湍流效应下不同轴径碳环密封泄漏特性的影响规律,在层流动力润滑研究的基础上,建立湍流动力润滑理论模型,选用Ng-Pan湍流系数表达式,采用有限差分法对介质流体压力控制方程进行迭代求解,分析碳环密封的泄漏特性。研究表明:在湍流状态下碳环密封的动压效应更加凸显,但在湍流状态下其密封性能劣于层流状态;随着转速增加,2种流态的流场最高压力值均呈非线性发散式增大,而泄漏率整体增加但增幅缓慢;随进口压力增加,2种流态下流场最高压力呈线性收敛式增大,而泄漏率均近似呈相对平行的线性趋势增加;随偏心率增大,流场最大压力均呈现指数式增加,而泄漏率均呈非线性方式增加;在大轴径条件下,考虑湍流效应才更加贴近实际流动状态。 展开更多

关键词 碳环密封 湍流效应 动压润滑 泄漏特性 密封性能

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