文档介绍：干气密封槽型对气动参数影响的研究
Numerical Study on Aerodynamic
Performance and Reliability affected by
groove types of Dry Gas Seals
学科专业:流体力学
研究生:周越
指导教师:刘正先副教授
天津大学机械工程学院
二零一二年十二月
独创性声明
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摘要
干气密封是一种非接触式机械密封,具有泄漏量少、磨损小、能耗低等优势,
广泛应用于石油、化工、冶金、航空等领域。
本文对螺旋槽干气密封的气动性能进行分析,分别对 Whipple 和 Muijderman
窄槽理论用龙格库塔法和打靶法进行数值求解,并将该方法用于求解 Gabriel 经
典算例,得到的结果与 Gabriel 的结果具有很好的符合度。进而分析了密封端面
气动的气动性能参数与干气密封进口压力和转速存在的函数关系,建立了密封端
面气膜动力参数的耦合模型。采用 CFD 数值模拟方法对 Gabriel 经典算例进行计
算,并将气膜开启力与泄漏量与窄槽理论方程得到的结果进行比较,两者符合很
好,进一步验证了 CFD 数值模拟方法在干气密封端面气膜动力参数的计算中的
可靠性,同时确定了适当的网格划分方法和边界条件。在此基础上,采用 CFD
数值模拟方法对人字形槽干气密封和燕尾槽干气密封进行数值分析,通过对比发
现对于有双向旋转要求的设备,双向燕尾槽比螺旋槽适用范围更广泛,双向燕尾
槽密封端面气膜的开启力及泄漏量研究表明,双向槽型干气密封中工作槽区起主
要作用,非工作槽区不会明显增强或削弱干气密封开启力能力,其主要作用是为
了适应双向旋转的要求。与单向螺旋槽相比,双向燕尾槽具有更好的稳定性。
本文通过对几种不同典型槽型干气密封气动性能的数值模拟和分析,得到槽
型对干气密封性能的影响功率,对进一步优化干气密封槽型,提高气动性能、开
发新槽型具有重要价值。
关键词:干气密封,窄槽理论,数值分析,螺旋槽,燕尾槽
ABSTRACT
Dry gas seal is a kind of non-contacting mechanical seals, which has lower
leakage, less wear, lower energy consumption and other advantages. Dry gas seals are
widely used in petroleum, chemical industry, metallurgy, aviation and other fields.
The approximate model of parallel grooves based on the narrow groove theory
was used to establish the dynamic equations of gas film at end face seal. The
corresponding nonlinear differential equations was numerically solved using
Runge-Kutta method and targeting algorithm to fast predict the aero-dynamic
performance at the seal fac