干气密封螺旋槽槽深和槽底表面的加工精度将对密封性能产生重大的影响,但精准控制槽深和槽底表面的加工精度仍有挑战。以槽深hg=10μm、槽底表面粗糙度Ra≤0.8μm为设计控制目标,开展了干气密封螺旋槽激光加工工艺的优化研究。选取标刻次数、激光功率、填充间距、扫描速度4个对槽深hg和槽底表面粗糙度Ra有显著影响的因素作为设计变量,每个因素均取12个水平,通过均匀试验分别得到12组工艺参数下的螺旋槽深度hg和槽底表面粗糙度Ra;然后,利用ACE非参数回归建立工艺参数与槽深hg、槽底表面粗糙度Ra的映射关系,并采用蒙特卡洛法随机生成大量的工艺参数样本,再通过插值算法和样本筛选得到了3组满足设计控制目标下的工艺参数及其预测结果,并根据实际情况对3组工艺参数微调后进行试验,获得3组实际工艺参数下的槽深hg和槽底表面粗糙度Ra。试验结果表明

干气密封启停阶段的端面接触是不可避免的,为了揭示端面发生接触时的力学特性以保证干气密封稳定运行,运用统计学接触理论和等效阻尼思想,考虑密封环材料属性,推导出适用于分析干气密封干摩擦界面法向动态接触刚度和动态接触阻尼的解析模型,并通过实验测得密封环真实表面形貌,确定了接触模型的初始参数。探究干气密封端面发生接触时动态接触刚度和接触阻尼等参数的变化规律。结果表明,动态接触刚度随接触比压、扰动振幅的增大而增大。扰动频率对动态接触刚度的作用效果远小于接触比压或振幅对接触刚度的作用效果。动态接触阻尼随接触比压的增大而增大,随扰动频率和振幅的增大而减小。通过与多种经典接触模型对比,当前的计算结果与GW模型更为接近。针对干气密封碳化硅作为动环、石墨作为静环的配对方式,在端面未发生磨损时,结合

以含杂质二氧化碳实际气体为润滑介质,研究干气密封的启动过程,对密封的顺利开启具有重要意义。保持闭合力恒定,调节转速,使密封开启力与闭合力相平衡,研究含杂质二氧化碳干气密封启动过程中接触力、转速、泄漏率与平衡膜厚之间的关系;讨论进口压力和进口温度对干气密封开启临界转速、泄漏率的影响,以及平衡比对闭合力的影响。结果表明:干气密封接触力随平衡膜厚的增大迅速减小,运行转速、泄漏率随平衡膜厚的增大而增大;在同一平衡膜厚下,二氧化碳中杂质含量越高干气密封所需的运行转速越大,泄漏率越小;以较低压力为进口压力时,干气密封更易开启,且二氧化碳中杂质含量越高时干气密封越易开启;适当降低润滑介质的进口温度,有利于干气密封的开启,而在同一进口温度下,二氧化碳气体中杂质含量越高干气密封越难开启;适当调节平衡比,干气

在“碳达峰、碳中和”背景下,二氧化碳(CO2)捕集利用与封存(carbon capture, utilization and storage,CCUS)技术作为减少CO2排放的最有效策略已成为世界关注的热点。针对应用于CCUS技术中的离心式压缩机,以螺旋槽干气密封为研究对象,含杂质CO2为润滑介质,基于EOS–CG(equation of state for combustion gases and combustion gas-like mixtures)模型获得干气密封运行工况范围内含杂质CO2混合物密度、焓值、声速及焦耳–汤姆逊系数等热力学参数;考虑实际气体效应、黏温压效应、阻塞流效应、离心惯性效应及润滑介质与密封端面间的对流换热,采用有限差分法耦合求解雷诺方程、能量方程及密封环热传导方程,获得含杂质CO2干气密封压力场、温度场、开启力、泄漏率等稳态性能参数。结果表明:当温度一定时,密度随压力的增大而增大,焓值、焦耳–汤姆逊系数随压力的增大而减小;当压力一定时

为进一步优化提升静压干气密封的气膜开启能力,将狭缝节流器与静压干气密封相结合,设计狭缝节流静压干气密封,采用Fluent软件探究狭缝节流器结构参数和布列方式对干气密封性能的影响。结果表明:与经典小孔节流静压干气密封相比,相同节流面积下狭缝节流静压干气密封具有更高的气膜开启力;狭缝、均压槽周径比对静压干气密封气膜开启力的影响相互独立,存在最佳的周径比使得气膜开启力最大;在径向宽度一定的前提下,均压槽的平面空间越充裕,密封间隙内的气膜高压区范围越广、压力均布效果越好;狭缝沿径向、周向的列数增加均能提升气膜开启力;与周向连续狭缝布列相比,非连续性狭缝布列会导致更高的开启力。

在干气密封的设计与研究过程中,一般将气体处理为理想气体,但在压力较高时的氮气或空气,以及某些特殊的气体,如二氧化碳、氢气等,即使压力不高的情况下,气体的特性明显偏离理想气体。重点介绍适用几种干气密封常用封气的气体状态方程,较全面地综述了实际气体效应影响干气密封性能的国内外研究进展,包括稳态性能和动态性能,并对未来的研究方向进行了展望。