干气密封端面气膜的数值模拟及实验研究

发布时间：2017-04-25 14:09

  本文关键词：干气密封端面气膜的数值模拟及实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：干气密封即非接触式机械密封。虽然是在机械密封之后衍生出来，但是和机械密封相比，可以减少磨损、减少能耗、减少维修量、更重要的是可以减少泄漏量。在提高安全性能的同时，也在一定程度上提高了产量。因而，现在已经迅猛发展，尤其是在石油化工方面起到了很重要的作用。但是，干气密封的技术研究起源于国外，国内研究相对滞后，而且，国内对于干气密封的研究软件模拟多于实验研究。因而，国内干气密封的研究还需要做出更多的努力。 和机械密封相比，干气密封的结构变化不大，只是动、静密封环的尺寸比较宽，而且干气密封的密封环上有一定形状的流体浅压槽。比如螺旋槽、T形槽、弧形槽、人字形槽、矩形槽等，本文的实验选用的是螺旋槽。主要研究的是螺旋槽的几何参数和工况参数对密封效果的影响。 本文采用实验研究和数值模拟相结合的方法来研究干气密封气膜的特性，在实验阶段采用的是西安石油大学的双端面集装式干气密封试验台，选取几何参数固定的动静密封环，以氮气为密封介质，改变转速和压力，通过测量相应泄漏量和功率的改变，研究转速和压力对干气密封性能的影响。试验结果表明：随着转速和压力的增加泄漏量和功耗逐渐增加，同时随着转速的增加，密封端面逐渐打开，在速度达到2500rpm左右时形成稳定的气膜，此时摩擦扭矩最小，接着随着转速的增加，由于气体粘滞力的作用，摩擦扭矩有所增加。 在数值模拟阶段，用SolidWorks建立干气密封三维几何模型，用Gambit对模型网格划分，用Fluent对特定工况下，对干气密封进行数值模拟，，分别模拟出干气密封端面气膜的压力、速度分布，还有干气密封系统的泄漏量等参数。将模拟的结果再与实验的结果相比较，分析误差原因，得到最优化参数，槽数应在10-18之间，螺旋角应该在60o到75o之间，槽长坝长比应在0.4到0.55之间，槽台宽比应该在0.4到0.7之间。利用这些参数更好的指导干气密封技术的发展。
【关键词】：干气密封 气膜 压力场 温度场 数值模拟 实验研究
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH136
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 干气密封的基本特性9-14
• 1.1.1 干气密封结构9-10
• 1.1.2 干气密封工作原理10-14
• 1.2 干气密封国内外研究现状14-16
• 1.2.1 国内干气密封研究现状15-16
• 1.2.2 国外干气密封研究现状16
• 1.3 课题的来源和研究内容16-17
• 1.4 课题的技术路线17-18
• 1.5 研究的创新点18-19
• 第二章 干气密封端面气膜研究的理论基础19-30
• 2.1 计算流体力学基本概念19-26
• 2.1.1 计算流体力学基本思想19-20
• 2.1.2 计算流体力学的三种离散方法20-23
• 2.1.3 FLUENT 软件的介绍23-26
• 2.2 气膜流动的计算方程26-30
• 2.2.1 斯托克斯方程（N-S 方程）27
• 2.2.2 连续性方程27-29
• 2.2.3 状态方程29-30
• 第三章 干气密封端面气膜流场的数值模拟30-47
• 3.1 建立气膜几何模型30-32
• 3.1.1 流动状态和连续性的判别31-32
• 3.1.2 基本假设32
• 3.1.3 参数的设置32
• 3.2 网格划分32-34
• 3.2.1 进行网格的划分32-33
• 3.2.2 边界条件的设定33-34
• 3.3 FLUENT 求解34-35
• 3.3.1 参数的设定和网格文件的读入34
• 3.3.2 设定边界条件34
• 3.3.3 设定求解器参数34
• 3.3.4 初始化流场和迭代34-35
• 3.4 计算结果分析35-37
• 3.4.1 气膜压力分布36-37
• 3.4.2 气膜速度分布37
• 3.5 单一参数变量时数值模拟37-41
• 3.5.1 仅改变转速时数值模拟38-40
• 3.5.2 仅改变压力时数值模拟40-41
• 3.6 工艺参数对密封性能的影响41-43
• 3.6.1 压差对密封性能的影响41-42
• 3.6.2 转速对密封性能的影响42-43
• 3.7 几何参数对密封性能的影响43-46
• 3.8 本章小结46-47
• 第四章 干气密封端面气膜的实验研究47-65
• 4.1 实验目的47
• 4.2 干气密封实验台的建立47-49
• 4.2.1 实验台的组成48-49
• 4.2.2 实验参数的设定49
• 4.3 实验过程49-52
• 4.3.1 实验条件51
• 4.3.2 实验准备51
• 4.3.3 实验步骤51-52
• 4.4 实验结果与分析52-64
• 4.4.1 仅改变压力时实验结果的分析52-58
• 4.4.2 仅改变转速时实验结果的分析58-63
• 4.4.3 实验结果和模拟结果的比较分析63-64
• 4.5 本章小结64-65
• 第五章 结论与展望65-67
• 5.1 结论65
• 5.2 展望65-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-70
• 攻读硕士期间发表的论文70-71
• 详细摘要71-85

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘亚莉;张强;赵丽丽;董华东;戚俊清;;国内泵用干气密封典型结构[J];郑州轻工业学院学报(自然科学版);2010年04期

2 温学武;;干气密封的使用及维护[J];化工机械;2011年04期

3 马丽芳;;干气密封气带液污染及处理[J];兰州石化职业技术学院学报;2011年04期

4 吕红;;干气密封的选用及失效分析[J];科技创新与应用;2013年15期

5 王建通;;浅谈干气密封的原理及应用[J];煤;2013年07期

6 张宏锋;;泵用干气密封工作原理及应用[J];中国石油和化工标准与质量;2013年15期

7 王蕾;;干气密封系统失效分析及运行维护探讨[J];化工管理;2013年22期

8 关家麒;;约翰·克兰28型干气密封系列产品介绍[J];流体机械;1995年04期

9 Arvind Godse,刘学东;干气密封[J];中国设备管理;2001年03期

10 柳季君;干气密封的工作机理及其典型结构[J];化学工业与工程技术;2002年04期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 喻胜利;;干气密封技术在气分装置原料泵上的开发应用[A];山东石油学会炼制委员会2009年技术交流会论文集[C];2009年

2 孙立德;;双端面干气密封工作原理及其应用[A];山东石油学会炼制委员会2009年技术交流会论文集[C];2009年

3 陈志;;干气密封的工作原理及设计计算[A];加入WTO和中国科技与可持续发展——挑战与机遇、责任和对策（下册）[C];2002年

4 王和顺;陈次昌;黄泽沛;王新霖四川日机密封件有限公司;;干气密封启停端面脱开概念的提出及理论研究[A];液压与气动学术研讨会论文集[C];2004年

5 王和顺;陈次昌;黄泽沛;王新霖;;干气密封启停端面脱开方案的理论研究[A];机床与液压学术研讨会论文集[C];2004年

6 王和顺;陈次昌;黄泽沛;王新霖;;干气密封启停端面脱开方案的理论研究[A];第三届全国流体传动及控制工程学术会议论文集（第二卷）[C];2004年

7 王和顺;陈次昌;黄泽沛;王新霖;;干气密封启停端面脱开概念的提出及理论研究[A];第三届全国流体传动及控制工程学术会议论文集（第三卷）[C];2004年

8 张岳林;彭旭东;白少先;孟祥铠;李纪云;;直线变深T型槽干气密封性能研究[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年

9 辛顺;孙旭;;压缩机干气密封基本原理及系统配置分析[A];2008年度海洋工程学术会议论文集[C];2008年

10 姜世庆;;蒸汽阻塞密封改为组合干气密封在催化气压机上的应用[A];山东石油学会炼制委员会2009年技术交流会论文集[C];2009年

中国重要报纸全文数据库 前5条

1 记者 谢文艳;大庆石化加氢裂化装置高压干气密封实现国产化[N];中国石油报;2008年

2 魏静;国产干气密封技术打破进口依赖[N];中国企业报;2008年

3 穆钰;天津石化干气密封确保装置稳定运行[N];中国化工报;2003年

4 通讯员 常勇;辽化机械厂亮出精品[N];中国石油报;2003年

5 记者 姜斯雄邋楚海虹 通讯员 周毅;福气平安进万家[N];中国石油报;2008年

中国博士学位论文全文数据库 前5条

1 王和顺;干气密封运行状态稳定性的研究[D];西南交通大学;2006年

2 韩明君;热流固耦合下的螺旋槽干气密封特性及失稳分析[D];兰州理工大学;2012年

3 丁雪兴;干气密封螺旋槽润滑气膜的稳、动态特性研究[D];兰州理工大学;2008年

4 许静;螺旋槽干气密封高压端面变形机理的理论与实验研究[D];浙江工业大学;2014年

5 张伟政;干气密封非线性动力稳定性分析及其响应优化[D];兰州理工大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 汤臣杭;釜用干气密封的研究[D];天津大学;2007年

2 刘飞;静压干气密封研究[D];西华大学;2010年

3 朱丽;螺旋槽干气密封系统非线性动力学行为研究[D];兰州理工大学;2011年

4 巨军;干气密封技术的研究与应用[D];兰州理工大学;2006年

5 王鹏;高压离心机干气密封设计[D];哈尔滨理工大学;2007年

6 陈秀琴;T型槽干气密封性能研究[D];西华大学;2008年

7 沈健明;卧式离心机干气密封技术改造及其应用研究[D];兰州理工大学;2006年

8 扈中平;低温干气密封装置流固耦合有限元分析[D];北京化工大学;2011年

9 唐丽;螺旋槽干气密封气膜稳态特性有限元分析[D];新疆大学;2012年

10 胡晓鹏;T槽干气密封动力学性能研究[D];昆明理工大学;2013年

  本文关键词：干气密封端面气膜的数值模拟及实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：326451