电磁驱动式可控环转速可控型机械密封特性研究

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1、电磁驱动式可控环转速可控型机械密封特性研究1绪论1.1本课题的研究背景和意义1.1.1本课题的研究背景在实际的工业生产中，评价一个机组密封质量的重要标准是对影响密封性能的参数的考察。被密封机组中工作介质或缓冲剂的泄漏，将可能导致环境的污染和生产成本的增加，不利于企业的可持续发展。如果被密封机组中泄漏出的是有毒、强腐蚀性和容易产生爆炸以及有放射性的物质，这将对操作人员的人身安全造成威胁；相反，如果泄漏是从外部环境进入被密封机组的工作介质，将会影响工作介质的质量。在企业的工业生产中，造成计划外停车的一个重要因素是由于密封部件不

2、能够正常持续的工作。根据有关报道，造成计划外停车的原因60%是由于机组的密封部件导致的[5-7]。现代工业生产中加工工艺的提高以及各种高性能新材料的出现，促进了密封产品向更高水平发展。目前机械密封的应用状况是：被密封机组的工作介质压力越来越广，压力范围可以从310Pa到35MPa；同时工作介质的温度范围也越来越大，最低温度可达到极冷，最高温度可以达到1000℃；被密封机组的轴向转速现在已经可以达到50000r/min，同时被密封机组的使用PV值最高已经达到1000MPa.m/s，足以说明现代密封产品应用范围的广泛性[8-9

3、]。当前关于动压非接触式机械密封主要集中在高速工况下，而且理论和实践也证明在高速工况下动压非接触式机械密封工作的稳定性更加可靠[10]。螺旋槽干气密封是目前动压非接触式机械密封的主要形式[11]，同时螺旋槽干气密封也已经成为高速透平压缩机的主导密封形式之一[12-14]。但由于螺旋槽干气密封主要运用在被密封主轴较高的密封机组中，对主轴转速的要求较高，不能够很好的运用在低转速的密封机组中[15-16]；虽然静压非接触式机械密封可以运用到低转速的被密封机组中，但是其稳定工作的前提是必须要有一套稳定的外部供压系统，这势必导致了生

4、产成本的增加和控制的复杂度；同时，在主轴转速非常高的密封机组中，转速的提高使得密封间隙增大，增加了泄漏量，密封效率较低。所以对该类产品的设计研发提出了更高的要求。目前国内在其核心技术的研发方面取得的原创性成果不多[17-19]。1.1.2本课题的研究意义螺旋槽干气密封作为动压非接触式机械密封的主要应用形式，有着非常良好的应用前景，逐渐成为各种压缩机、反应釜等旋转轴机械的轴端密封方式[20]。由于螺旋槽类干气密封的出现使得轴端密封不再受限于密封润滑油，且螺旋槽干气密封的控制系统比静压非接触式机械密封的供压系统要简单的多。根据

5、应用实际，螺旋槽干气密封比静压非接触式机械密封的优越性体现在以下几个方面：1.去除了密封所需的外部供压系统；2.节省了驱动供压系统运转所需的功率负荷；3.减少了计划外停车和维修供压系统的费用；4．避免了被密封介质二次污染的可能性；5.节约维修安装费用，减少了成本，经济实用性好；6.延长了密封的使用寿命，使机组可以安全长周期运行；尽管轴端密封在工业生产中所占的比例比较小，但却起着至关重要的作用。一旦轴端密封泄漏，将可能导致整台机械设备的停车，如果这台设备是生产线的中间重要部分，更严重的后果是对企业的生产计划产生致命的打击。尤

6、其是在石油化工生产中，密封的失效将可能导致无法挽回的损失[21]。因此，研究一种安全、稳定、可长周期运行的密封形式有着巨大的意义。1.2国内外研究现状1.2.1国外相关领域的研究情况最近几年机械密封技术有了较大的发展，主要包括通过对动静环密封端面开设流体槽的密封面开槽表面改形密封技术、完全控制泄漏量的零泄漏密封技术、不用配备密封油站的干运转气体密封技术以及上游泵送密封技术和多端面密封技术等，利用这些新出现的技术和概念出现很多新的结构和产品。在国外，Bonneau[22]等最早对螺旋槽DGS（S-DGS）进行了稳态情况下流体

7、膜的数值分析，Tournerie[23]等分析了S-DGS螺旋槽槽型参数对端面开启力以及泄漏量的影响，Zirkelback[24]在研究了S-DGS端面几何参数的前提下对螺旋槽几何参进行了优化。以色列教授爱特逊最早在1984年对非接触式机械端面密封不能实现零泄漏提出了质疑，在他的理论研究中非接触式机械密封同样可以实现零泄漏，改变了密封技术中非接触式机械密封不能达到零泄漏的传统观念，并随后发明了圆叶槽机械密封，其密封原理可以简述为：利用在密封端面开设流体槽形成流体动压剪切流阻止由于密封端面的泄漏形成的压差流，进而达到对密封端

8、面泄漏量的控制，实现零泄漏，同时该密封结构在转速较低形成的动压效应较小时仍能很好的完成密封；美国人利普歇兹，同时也是爱特逊的教授研究生，在1985年他提出可控浮动膜端面密封新概念，发明了径向直叶槽机械端面密封[25]。1994年瓦塞和伊文斯顿等也提出了可控浮动膜原理的螺旋槽端面密封。这些理论的提出对于动