煤層氣壓縮機干氣密封端面特性研究.pdf

1、我國經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)都處在一個轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵期，煤層氣、頁巖氣等非常規(guī)能源行業(yè)面臨著巨大的發(fā)展機遇。我國煤層氣可采資源總量約為10萬億m3。目前，國內(nèi)開展煤層氣勘探的企業(yè)并不多，主要集中在山西和河南等地，況且大多是外資企業(yè)。在輸送階段，為了防止或者限制煤層氣從壓縮機組軸端泄漏到大氣環(huán)境中，軸端密封技術(shù)對壓縮機組的穩(wěn)定、安全、長周期以及經(jīng)濟效益最大化起著至關(guān)重要的作用。
　　縱觀機械密封（主要是軸端密封技術(shù)）的發(fā)展史，由早期的單端面密

2、封技術(shù)，到后來的雙端面、多端面接觸式的機械密封，甚至多重密封組合，發(fā)展到后來的在動環(huán)表面開各種形狀槽型的非接觸式機械密封。其中，干氣密封是一種應(yīng)用了開槽技術(shù)的非接觸式密封技術(shù)，并在石化行業(yè)中得到了較廣泛的應(yīng)用。干氣密封是在動靜環(huán)間，由于氣體動壓效應(yīng)的存在，從而形成了剛性氣膜，既保證了干氣密封動靜環(huán)端面互不接觸，也保證了泄漏量在一定的可承受范圍內(nèi)。
　　本文干氣密封機理出發(fā)，通過研究流體動壓原理、密封間隙氣膜的流動狀態(tài)和氣膜的熱力過

3、程及其對氣膜的穩(wěn)定性以及影響氣膜穩(wěn)定性的因素做了一定的的研究。然后，釆用數(shù)值模擬和實驗研究相結(jié)合的方法來研究干氣密封的端面特性。在數(shù)值模擬階段用Solidworks建立干氣密封三維幾何模型，采用Workbench對模型網(wǎng)格劃分，用Fluent對特定工況下，進行數(shù)值模擬分析。分別改變干氣密封運行參數(shù)和幾何尺寸，得到對應(yīng)的模擬結(jié)果。并對模擬結(jié)果分析得出幾何尺寸的優(yōu)化區(qū)間：螺旋角17°≤α≤28°，槽深2≤hg≤9，槽數(shù)8≤Ng≤14，槽臺寬

4、比0.4≤δ≤0.7，槽長壩長比0.4≤γ≤0.7，膜厚2≤h≤4。實驗階段采用西安石油大學(xué)的干氣密封試驗臺，選取幾何參數(shù)固定的動靜密封環(huán)，把氮氣做為密封介質(zhì)，采用控制變量法，分別在定轉(zhuǎn)速和變壓力以及定壓力變轉(zhuǎn)速的情況下，進行多組實驗。并通過測量相應(yīng)泄漏量和功率的改變，研究轉(zhuǎn)速和壓力對干氣密封性能的影響。試驗結(jié)果表明：單一改變轉(zhuǎn)速或壓力時，會引起泄漏量和摩擦功耗增加。
　　通過研究干氣密封端面特性，對比實驗結(jié)果和模擬結(jié)果，得出指導(dǎo)