干式气体密封介绍.ppt

1,干式气体密封,天津新技术产业园区鼎名密封有限公司,2,大型透平压缩机组的四代密封产品,第一代密封：迷宫密封（无油）第二代密封：浮环密封（油润滑）第三代密封：机械密封（油润滑）“三代半”密封：油膜螺旋槽端面密封（1996年获国家技术发明四等奖）第四代密封：“干气密封”（无油）（2001年获天津市科技进步一等奖,2002年获国家科技进步二等奖已公告）,3,直筒密封与音速孔板控制系统,4,碳环密封,5,单螺旋浮环密封,6,双螺旋浮环密封,7,油膜双端面密封,8,油膜单端面密封,9,单端面干气密封,10,双端面干气密封,11,双动环双端面干气密封,12,串联干气密封,13,串联干气密封+中间进气,14,串联+单端面,15,双端面系统图,16,串联系统图,17,串联+中间进气系统图,18,串联+单端面系统图（低压）,19,20,双端面干气密封柜式测控系统,21,串联干气密封测控系统,22,高速、高压试验台P=30MPa,n=20000r/min,23,油膜螺旋槽与气膜螺旋槽几何特征的对比,24,干气密封的核心技术-流体动压槽国外干气密封的槽形,英、美的JohnCrane公司干气密封的槽形-单列螺旋槽和枞树形槽德国Burgmann公司干气密封的槽形-单列V形槽和U形槽Flowsever公司干气密封的槽形T形槽,25,JohnCrane的动压槽,单方向旋转螺旋槽,双向旋转螺旋槽,单向旋转的“V”形槽,可双向旋转的“U”形槽,可双向旋转的“T”形槽,Burgmann的动压槽,Flowserve的动压槽,26,鼎名单向旋转槽形,鼎名公司倒八字和人字槽,已获中国发明专利,已获美国发明专利,27,鼎名可双向旋形转槽形,中国发明专利已授权,美国专利申请已受理,查新报告结论:国内外均未发现,28,工作原理,29,间隙正常,30,间隙减小,31,间隙增大,32,33,向下泵送槽区,向上泵送槽区,坝区,其中：G1、G2为尺寸相关的常数，h1为槽深，其他为标准ANSI符号。,34,干气密封特性有限元法,密封面气膜压力求解,螺旋槽气体密封的端面膜压分布满足Reynolds方程。在求解膜压时，考虑稳定状态，选取无量纲压力,则控制方程为,（1）,35,所满足的边界条件：,（2）,（3）,周期性条件：对于任何均有,（4）,36,对式（1）进行离散，利用常规的有限单元法进行分析，得到非线性方程组：,（5）,式中j=1,m；m为不同节点编号的总体节点数。,用NewtonRaphson法方程求解式（5），一般5-6次即可达到10-5-10-6的相对或绝对精度。求解时加入边界条件（2）-（4），就可得到螺旋槽密封的端面压力分布P。给定一个膜厚h，可求出端面膜压分布P，计算出对应的气膜开启力Fo。根据Fo=Fc,可求出密封的工作点ho。,37,密封特性计算,(1)闭合力,式中B2为密封平衡比（即面积比），；,（2）开启力,（3）端面摩擦力,Pa为大气压。,38,（4）端面摩擦系数,（5）端面摩擦功耗,（6）内径处泄漏量,将计算结果换算为标准状态。,（7）气膜刚度,39,该项目的发明及创新点,1、单向旋转的“螺旋槽端密封”,“FaceSealwithSpiralGrooves”中国发明专利已授权：98120372.8美国发明专利已授权：6,152,452几何特征：双列螺旋槽（倒八字或人字形），位于上游（高压侧）的一列螺旋槽的径向高度大于位于下游（低压侧）的一列螺旋槽的径向高度（即外长内短），与三代半的八字槽相反，更不同于上述单列槽。工作特性：两列螺旋槽对密封流体的泵汲作用的迭加总效果为：从上游向下游泵送（与“三代半”密封相反），流体动静压结合与国外的单列槽相比，在相同的条件下气膜厚度和刚度特性更佳。,40,该项目的发明及创新点,2、“可双向旋转的螺旋槽端面密封装置”“Bi-directionRotatableFaceSealwithSpiralGrooves”中国实用新型专利已授权：ZL01201546.6中国发明专利已受理：01102213.2(已接到受权通知书)美国发明专利已受理：10/046.774几何特征:在旋转环或静止环的至少一个端面上设置靠近高压侧的螺旋槽组;螺旋槽组和扇形台组在周向等距分布;每个螺旋槽组由一个径向供气槽和在径向等距分布的至少三列螺旋槽和螺旋台组成;螺旋槽和螺旋台对称或准对称地布置在径向供气槽的左右两侧；一个不开槽的环形平均布置在密封端面的抵压侧。工作特性：对称或准对称分布的螺旋槽可将密封流体在任何旋向下向下游泵送。与国外的双向槽相比，效率更高，在相同的条件下气膜厚度和刚度特性更佳，（已在燕化乙烯压缩机上成功应用）。,41,42,43,44,45,技术水平,天津科委鉴定结论：根据该项目鉴定委员会的鉴定意见，该项目采用了发明专利下游泵送双列螺旋槽端面密封技术,“该技术为国际首创”，达到了“国际先进水平”；并且打破了外国垄断，填补了国内空白，处于国内领先地位。中国石油化工集团公司鉴定结论：“该技术整体上属国际先进水平”，“技术成熟可靠，投资远低于国外同类产品，经济效益显著，建议在石化行业中推广应用”。,46,已获支持和奖励,1999年获科技部技术创新基金支持2000年获天津市重大科技攻关项目支持2001年列入国家级重点新产品2001年获天津市科技进步一等奖2001年获国家级火炬计划项目支持国家科技进步二等奖已公告,47,48,49,50,51,52,社会效益,打破外国著名公司的垄断，为用户和国家节约大量外汇;迫使进口产品大幅度降价；功耗极小，运行维护费用低；减少和消除环境污染，环保节能效果显著。,53,鼎名公司干气密封业绩增长趋势图,54,技术学科,干式气体密封技术是涉及多学科的高难度技术，其所涉及的学科包括：流体力学（流体动压槽的型式及特性）固体力学（脆性材料的强度，热变形及力变形）动力学（动、静环之间在高速下的追随性）热力学（发热）传热学（冷却）材料学（硬质合金、精密陶瓷、特种橡胶、精密合金）精密加工（微米和亚微米级）特种工艺（在超硬材料上刻动压槽）试验技术（高速高压试验台）自动测控系统（测量、控制、报警、连锁）工业应用技术和可靠性技术（工况复杂及高风险性）,55,已经应用的业绩,炼油、乙烯、化纤、化肥、化工等大型石化企业处理危险性气体的高速离心压缩机组数十家大型石化企业的140台机组上应用,其中干气密封88台,56,(一)干气密封应用业绩,最高压力7.0-9.0Mpa(高桥、洛阳)加氢最低压力（串联）0MpaG（沈鼓、德州）最低温度乙烯-101（燕山化一）两烯-43（大庆化一）最大直径217mm(大庆丙烯)（平衡直径）245mm(镇海循环氢)最高转速14080r/min(川维，天然气)最高线速度137m/s（川维）,1、参数,1.1工业现场,1.2实验室,力压：15Mpa线速度：150m/s,57,2、已有机组类型及介质,炼油装置：催化富气、焦化富气、重整循环氢、加氢精制、解吸气、丙烷等乙烯装置：乙烯、丙烯、环氧乙烷/乙二醇化肥装置：二氧化碳、氨冷冻、天然气（原料气）、液氨（泵）,(一)干气密封应用业绩,58,（二）螺旋浮环已有业绩,高压氢气15.7-17.4Mpa(扬子芳烃)高压合成气7.5-15.8Mpa(建峰化肥),59,（三）干气密封尚未有业绩的机组类型,炼油加氢裂化：压力12Mpa化肥合成气：压力12Mpa乙烯裂解气：气体较脏，但容易解决,60,大型机组密封工业应用业绩表（涂绿者为干气密封项目）,61,大型机组密封工业应用业绩表（涂绿者为干气密封项目）,62,大型机组密封工业应用业绩表（涂绿者为干气密封项目）,63,大型机组密封