Page 190 - 《摩擦学学报》2021年第6期

第 6 期 王和顺, 等: 双尖槽干气密封特性对比研究 975

Key words: seals; mechanical seals; dry gas seals; double pointed grooves; spiral grooves; numerical calculation

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随着节能减排的深入实施，对广泛应用于石化等 进行了对比分析. 徐奇超等 对四种经典端面槽型干
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领域的密封装置性能提出了更高的要求. 干气密封作 气密封进行了计算分析. 江锦波等 研究了高压低速
为一种性能优良的旋转机械轴端密封，提高其端面流 和高速低压条件下，端面槽型结构的变化及其特性.
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体膜刚度和控制泄漏量是其研究的要点和热点，而其 沈伟等 在考虑介质惯性效应的情况下，对超高速密
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中密封端面槽型结构研究一直是干气密封研究的重 封端面气膜进行了分析. Fairuz等 探讨了降低超临
[1] 界二氧化碳(SCO )干气密封变形的趋势和方法，特别
要方向之一 . 2
长期以来，研究人员对干气密封端面开槽展开了 是由非均匀温度引起的热变形，认为减小对流换热的
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广泛研究. 干气密封的理论源于止推轴承，继Gumbel 表面积是减小热变形的有效途径. 白少先等 研究了
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之后，Muijderman 进一步完善并建立了螺旋槽止推 端面“T”型槽密封气膜特性，认为在一定条件下，密封
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轴承理论模型，并开展了试验研究. Gardner 研制了 端面将形成发散间隙，从而影响气膜稳定性. Du等 [21]
圆弧面螺旋槽及平面螺旋槽气体端面密封，并投入应 采用热-流-固耦合方法研究了不同深度螺旋槽超临界
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用. Gabriel 基于止推轴承理论，对螺旋槽端面密封展 二氧化碳干气密封的性能，得到了五种不同槽型密封
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开了研究. Ruan 提出考虑滑移流效应的修正雷诺方 的性能参数，分析了进气温度、进气压力、进气速度和
程，建立了气体端面密封的有限元模型，并进行了数 气膜厚度等因素对性能的影响.
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值研究. Zirkelback等 分析了刚度和阻尼力系数对螺 本文作者通过不同深度的螺旋槽组合，并结合底
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旋槽密封泄漏量的影响. Wang等 对上游泵送密封端 部开设圆弧槽，获得一种新型双尖槽端面密封(DPG)，
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面流体膜特性进行了研究. Etsion等 对端面微孔干气 并建立该密封数学模型，使用编程进行数值计算，获
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密封结构及其特性展开了研究. Qiu等 对槽深、螺旋 得了端面气膜特性，并与燕尾螺旋槽(DSG)进行对比
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角对螺旋槽密封面的摩擦系数和流体膜特性进行试 分析. 所研究的双尖槽端面密封已获国家专利授权 ，
验研究. 彭旭东等 [10-12] 提出并研究了多种端面槽型，主 并应用于中密控股股份有限公司部分干气密封产品中.

要包含带底部环槽的螺旋槽、雁型槽和仿生集束螺旋
1 双尖槽端面模型
槽，研究表明在一定条件下这些端面槽型气体密封较
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普通干气密封具有更好的性能. 蒋小文等 对螺旋槽 1.1 端面槽型
干气密封端面气膜特性进行了数值模拟分析. Hashimoto 双尖槽干气密封端面槽型结构是在燕尾螺旋槽
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等 对端面槽型边缘型线进行改进，获得了一种具有 端面结构的基础上，由原来的单螺旋槽改进为2个螺
更大气膜开启力和更低端面摩擦的槽型结构. 丁雪兴 旋槽与1个圆弧槽组合而成的结构，如图1所示，图1(a)
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等 提出一种新型柱面螺旋槽气膜密封，并对其进行 为双尖槽干气密封端面槽型结构的平面示意图，图1(b)
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了计算分析，给出了优化的结构参数. 王衍等 研究 为双尖槽干气密封端面槽型的立体结构示意图.
了一种有序微造型密封端面，并将其与传统槽型密封 在由图1双尖槽结构为迎风侧螺旋槽(Upwind spiral

ω
h g1 h g2 ω
Leeward spiral groove
θ 2
θ 1 Leeward spiral groove
r o
r g1
Circular groove
Circular groove
r g2
Upwind spiral groove
Upwind spiral groove
θ 3
h g3
r i

(a) Schematic plan of seal face (b) Three-dimentional schematic of seal face

Fig. 1 Double pointed groove
图 1 双尖槽示意图