干气密封总体设计方面

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干气密封技术虽然己经被广泛应用且应用范围逐渐扩大,但对于气密封理论的研究、认识和应用还有待于进一步的加深。

1)干气密封总体设计方面

以往的干气密封研究仅在摩擦、材料等方面进行,至今没有得出令人满意的结论。目前已在端面微观形貌(粗糙度、波度、变形等)、相变、空化等方面开展了很多研究,但是很少从流体力学角度人手。考虑耦合传热、变形等因素,对气体膜内流动进行分析,建立比较实用的干气密封设计模型,提出相关的理论和相应的改型措施是当前需要深入进行的重要方面。现代设计和机理的研究相辅相成。把几何模型的建立和压力、温度变形的耦合计算作为对像处理,开发出图形交互式的计算分析系统,并同时与实验数据对比修正,以优化设计参数,最终形成一套完整的设计软件系统意义深远。这方面需要大量的数值模拟以及实验数据的搜集统计工作,需要更多的人员和经费投入并完善现有CAD软件功能。由于密封失效存在的原因很多,它和设计、操作以及使用条件的关系尚不清晰,可建立故障诊断和分析系统来进行研究。

密封的压力、温度会对密封性能产生直接的影响,造成密封泄漏,特别是我国石油化工工业运转周期将延长,迫切需求开展这方面的研究,以便测量和记录现场实际工作条件,并由此确定对密封性能的影响。且随着旋转设备向高参数发展以及环保给密封提出更高的要求,迫切要求密封系统有自动监测和调控功能,且随着微电子学、测控技术的发展及其在密封领域的应用,密封技术的监控技术将会在石化等工业领域中得到应用。但是引起密封失效的因素很多,究竞选择哪种参数作为反馈信号才能够及时准确,也是当今研究的热点。

新材料的研制开发。随着机械密封使用要求的提高,也促使其用材进一步发展,如对有自润滑性硬质合金、高性能工程陶瓷、高性能密封圈材料以及混入纳米粒子的SiC-C-C等新材料的研究与应用。利用喷涂技术和新工艺来修复硬面和制造硬面环也有很多尝试。

随着纳米科学与技术的发展而派生出来的纳米摩擦学的发展,有很多学者分析了介质润滑性对摩擦系数和磨损的影响,从微观上解释了摩擦磨损机理,设计与制备出纳米尺度上的润滑及减摩耐磨材料,是20世纪90年代以来摩擦学研究领域最活跃,也是材料学与摩擦学科交叉领域最前沿的内容。为了改善材料的润滑条件,还有很多学者作了纳米粒子做润滑油添加剂的研究和展望。

2)理论计算方面

① 通过对螺旋槽干气密封结构进行有限元理论分析,从分析结果对比可知,有限元法更为准确、更接近于实际。但从目前国内的研究结果看,一些理论还不太成熟,方法还不太统一,有待于进一步完善。②由于干气密封不可能达到零泄漏,所以密封布置方式的选择要更为具体和合理。如何采取有效的措施减小泄漏量是干气密封的一个研究方向。③ 液体污染物进入螺旋槽后,经逐渐积累会造成气膜承载力的下降,有发生端面接触的危险。如何清除和防止螺旋槽中液体杂质污染需进一步研究。④ 密封材质的选择决定了干气密封的运行状况及使用寿命,因此要通过对比研究与不断的实践,从而得出一些好的经验和结论。⑤ 影响干气密封运转性能的因素很多,一般分为工艺参数和密封的结构参数。密封面结构参数对密封的稳定性及可靠性有很大的影响,密封面的结构优化问题应成为研究的重点。

4 结束语

随着我国高新技术和工业的高速发展,对各种密封技术提出了更高要求。一是在实际产品上要求产品更少的泄漏量,同时具有更高的使用寿命;二是环保要求越来越高;三是要求流体机械的效率更高,并最大程度地节能降耗。对这些问题的解决主要是通过改进密封结构(如采用双端面或串联式密封等)、优化各种参数、改进制造工艺和检测方法、加强密封系统控制、提高密封材料性能以及密封辅助系统等几个方面来加以解决。干气密封作为一种非接触式密封是目前密封技术研究的热点,其极限速度高,密封性能好,寿命长,不需密封油系统,功率消耗少,操作简单及运行维护费用低。干气密封作为不需任何密封端面冷却和润滑用油的无维修密封系统,正取代浮环密封和迷宫密封而成为石化行业高速离心压缩机轴封的主流。

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