干气密封运行状态稳定性的研究

论文摘要

以提高干气密封运行稳定性为目标。从密封启、停端面脱开；端面槽形改善；建立适当的密封监控系统，这三个方面来进行研究，对应不同的角度提出了多种措施，以达到提高干气密封运行稳定性的目的。 首先，以干气密封启动过程中端面开启力的变化为主要研究对象，对端面在启动和停车过程中的接触情况进行了分析。指出在启、停过程中因转速相对较低，开启力不足以将端面脱开，所以两密封端面处于直接接触状态，端面间摩擦、磨损较严重，对密封性能极为不利。为了消除启、停过程中端面的直接接触，首次提出了启、停端面脱开的概念，并以四川日机密封研究所设计生产的B823d型，单端面干气密封为例，对启、停端面脱开的可行方案进行研究，提出了三种方案，对比分析了它们的优缺点。 其次，用FLUENT对干气密封流体动压的产生、压力分布、承载能力进行了分析计算。指出流场压力分布的特征是：在槽台交界处，气膜压力产生较大变化，即在气体流入的槽台交界处，压力减小，产生局部负压（相对）；气体流出的槽台交界处，压力增大，产生流体动压，而不同的进、出口压差和螺旋角大小，会导致上述两个压力分布区域，沿槽形方向移动，范围大小也将随之变化。 在对密封端面流场进行计算分析的基础上，提出优化槽形，以增大流体动压效应。通过对压缩机用干气密封端面槽形参数进行优化，并将优化后槽与原槽形密封端面开启力、气膜刚度作了对比分析，肯定了槽的优化对密封气膜刚度的提升。 再次，以干气密封端面间隙测量为主要研究内容，在对传统测量方法充分调研的基础上，提出了用CCD来进行端面测量的新方法。该方法的重点是如何提高普通CCD的测量精度，主要理论依据是CCD像素等距错排。通过综合分析各列（行）CCD像元感光情况来获得精确度更高的测量值。以线阵CCD为例，将N个像元间距为H的线阵CCD器件并排组合在一起，并沿像元线性分布方向以距离为H1=H／N依次均匀错开排列。多个线阵CCD的感光电信号经多通道A／D同步采集，保存到存储器中指定位置。然后，通过对所有CCD测量数据的分析计算来获得精确的测量值。用双线阵CCD错排和单线阵CCD

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 干气密封运行状态稳定性的描述及研究内容
• 1.3 国内外现状和发展趋势
• 1.3.1 干气密封理论及解析法研究
• 1.3.2 干气密封数值分析法研究
• 1.3.3 干气密封状态监控研究
• 1.3.4 目前存在的主要问题
• 1.3.5 目前研究的重点及发展趋势
• 1.4 论文主体结构框架
• 1.5 小结
• 第2章 干气密封基本知识
• 2.1 干气密封概念及基本构成
• 2.2 干气密封原理
• 2.3 干气密封典型类型
• 2.4 干气密封的主要参数
• 2.4.1 泄漏量Q
• 2.4.2 pν,值与pcν值
• 2.4.3 端面温升△t
• 2.4.4 端面气膜压力
• 2.4.5 端面比压
• A'>2.4.6 载荷系数K_A
• 2.4.7 端面气膜刚度
• 2.4.8 平均滑动速度ν
• 2.5 小结
• 第3章 干气密封端面流场计算方法
• 3.1 端面流体动压模型
• 3.1.1 收敛缝隙流体膜层模型
• 3.1.2 台阶型流体膜模型
• 3.1.3 斜平面流体膜模型
• 3.2 解析法
• 3.2.1 无限槽窄槽理论
• 3.2.2 密封相关参数计算
• 3.3 数值计算法
• 3.3.1 数值计算法基本原理
• 3.3.2 数值模拟发展
• 3.3.3 CFD软件特点
• 3.3.4 CFD软件的基本求解方法
• 3.3.5 FLUENT简介
• 3.3.6 干气密封端面流场数值计算过程
• 3.4 小结
• 第4章 干气密封启、停端面脱开研究
• 4.1 启、停端面脱开概念的提出
• 4.1.1 密封模型简化及研究方法
• 4.1.2 无压差状态下启动
• 4.1.3 有压差状态下启动
• 4.1.4 密封启动过程分析
• 4.1.5 密封启、停端面脱开概念的提出
• 4.2 端面脱开方案研究
• 4.2.1 基本设计思路
• 4.2.2 脱开方案设计
• 4.3 相关设计计算
• 4.4 小结
• 第5章 干气密封端面流场数值模拟
• 5.1 端面流场特性研究的重要性
• 5.2 计算模型及相关条件
• 5.3 无坝径向直线槽
• 5.3.1 无压差
• 5.3.2 有压差
• 5.4 有坝径向直线槽
• 5.4.1 无压差
• 5.4.2 有压差
• 5.5 有坝斜向直线槽
• 5.6 计算结果综合分析
• 5.7 槽形优化及对比分析
• 5.7.1 密封运行工况
• 5.7.2 槽形优化
• 5.7.3 槽形对比分析
• 5.8 小结
• 第6章 干气密封端面间隙测量方法的研究
• 6.1 端面间隙测量的重要性
• 6.2 目前端面间隙的测量方法
• 6.2.1 被动式测量方法
• 6.2.2 主动式测量方法
• 6.2.3 对目前测量方法的分析
• 6.3 用CCD进行密封端面间隙测量方法的提出
• 6.3.1 CCD测量相关知识
• 6.3.2 CCD测量干气密封端面间隙方法的提出
• 6.3.3 CCD测量端面间隙存在的问题
• 6.4 用低精度线阵CCD获得高精度测量的方法研究
• 6.4.1 CCD的测量精度
• 6.4.2 基本原理分析
• 6.4.3 一种特殊情况的处理
• 6.4.4 测量系统及数据处理流程
• 6.5 一种新型高精度CCD的理论研究
• 6.5.1 普通CCD像素排列结构的分析
• 6.5.2 新型高精度CCD
• 6.6 普通面阵CCD在高精度线性测量中的使用分析
• 6.6.1 单线阵CCD斜放
• 6.6.2 双线阵CCD斜放
• 6.6.3 普通面阵CCD斜放
• 6.7 CCD测量干气密封端面间隙的实验研究
• 6.7.1 TCD103C简介
• 6.7.2 TCD103C驱动电路
• 6.7.3 信号放大及滤波电路
• 6.7.4 数据采集系统
• 6.7.5 实验装置
• 6.7.6 实验数据
• 6.7.7 误差分析
• 6.8 小结
• 第7章 干气密封状态监控
• 7.1 目前干气密封状态监控技术
• 7.2 基于模糊识别的干气密封工作状态分析
• 7.2.1 干气密封模糊识别的提出
• 7.2.2 模糊识别的数学原理
• 7.2.3 特性参量的确定
• 7.2.4 隶属函数的确定及相关分析
• 7.2.5 干气密封工作状态标准模糊子集的确定
• 7.2.6 工作状态模糊识别
• 7.2.7 应用举例
• 7.3 有源控制干气密封初探
• 7.4 小结
• 结论
• 主要研究成果
• 创新点
• 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文