螺旋槽的螺旋角的选择对密封性能影响

螺旋槽的螺旋角的选择对密封性能影响 电动机保护器 石油化工中使用的离心压缩机的干气密封属于非接触密封，其作用原理是通过在密封面上开一定形状的浅槽，使密封运转时产生流体动压效应，在密封端面之间形成一层很薄的气膜，从而使密封工作在非接触状态。因密封面不发生接触，所以密封产生的摩擦热很小，密封环的寿命长；而且密封不需要复杂的封油辅助系统，成本及维护费用低。为了实现干气密封国产化，我们从 1992年起对干气密封进行研究开发。 由于影响干气密封性能的因素太多，在研制过程中我们只对以下几个主要的几何参数进行优化。即密封面螺旋槽的槽深 H；密封面螺旋槽的螺旋角 A；密封面螺旋槽的槽数 n；密封面螺旋槽的槽宽和堰宽比 a；密封面螺旋槽的槽长和坝长比 b；优化时，对其中一个参数进行变化，其余的参数均保持不变，下面对上述 5个参数优化的结果（结果均为无量纲）进行阐述。 流体机械从螺旋槽深度对干气密封性能的影响。承载能力、泄漏量、刚度、刚漏比都有最大值（最大值都出现在 H=2.54.5之间），说明螺旋槽的开槽深度有一最佳值。 螺旋角的影响密封面螺旋槽的螺旋角的选择对密封性能的影响也很大，螺旋角太大或太小都会影响密封工作的稳定性。当螺旋角在 10b18b之间时，密封的气膜刚度及刚漏比均获得较大值，承载能力也比较大，同时，密封的泄漏量也显得大些。 利用有限差分法，对螺旋槽槽长对密封性能的影响进行了分析。在 b小于 1.5时，密封的气膜刚度，刚漏比以及承载能力变化均较大，当 b在 23时，刚度具有最大值。而且在该区域内，刚度变化很小。当 b为 2.53.5时，刚漏比及承载能力具有最大值。因此 b取值 2.5左右时，密封具有最佳性能。螺旋槽槽宽的影响螺旋槽的槽宽对密封性能也有一定的影响。 螺旋槽槽数的影响由图 5可知，随着螺旋槽槽数的增加，密封的刚度，刚漏比，承载能力均有所增加，当槽数达到 40以上时。四条曲线变化很平缓。由于槽数越多，加工越困难，因此槽数在 40以内比较适合。 斜底螺旋槽对斜底面采用如下近似法，即用阶梯面代替斜面，当阶梯面的数目很大时即趋近于斜面。从槽深与根部槽深之比在 11.1之间时，承载能力、泄漏量、刚度、刚漏比变化较大。在 1.11.2之间时，四条曲线变化较小，且达到最大值。在 1.21.4之间时，四条曲线变化较大，呈快速递减之势。说明斜面槽设计有一最佳参数，且密封性能参数比较稳定。 螺旋槽根部槽深； H表示螺旋槽开口处槽深径向槽径向槽不存在螺旋角。因此，径向槽的优化参数只有槽深、槽长、槽宽、槽数 4项。从计算结果可以看出以上几个参数对密封性能的影响趋势与螺旋槽相似，但承载能力，气膜刚度要比螺旋槽要小。 对三种干气密封槽型结构进行优化，结果表明斜底螺旋槽干气密封结构为最佳，这种结构的干气密封具有最大的承载能力和刚漏比，但泄漏量也相应大些。径向槽密封的性能和螺旋槽相比流体机械要差得多，其承载能力比螺旋槽密封低 10%左右，气膜刚度仅为螺旋槽密封的 1/3.这是由于径向槽密封运转时只有台阶效应，几乎没有压缩效应。而螺旋槽密封则既有台阶效应又有压缩效应，直接影响螺旋槽压缩效应的参数是螺旋角。因此存在一个产生最大压缩效应的最佳螺旋角。 由于平底螺旋槽密封的性能与斜底螺旋槽密封的性能相差不大，而且斜底螺旋槽的加工具有相当难度。因此，选用平底螺旋槽型。经过实验，密封性能达到设计要求，2001年 4月底提供给镇海炼油化工股份有限公司，并于同年 5月初正式投入运行，一直安全运行至今。 按优化结果设计的螺旋槽干气密封的稳定性和可靠性都很好，密封实现了气膜润滑。试验和工业运行证明干气密封在运转中没有磨损，只是在开停车多次后才出现很微小的摩擦痕迹，螺旋槽干气密封的密封性能好，气体泄漏量小（一直稳 /h左右），表明所设计制造的干气密封产品是成功的。比较这四种组合，发现影响射流流场的主要因素是主流与壁面之间的距离。壁面与主流的距离将影响到主流的范围以及回流场形成，从而影响燃烧器燃料的燃烧以及烟气自循环。利用 PIV测速技术可以方