干式氣體密封介紹.ppt

1,干式氣體密封,天津新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)鼎名密封有限公司,2,大型透平壓縮機(jī)組的四代密封產(chǎn)品,第一代密封：迷宮密封（無(wú)油）第二代密封：浮環(huán)密封（油潤(rùn)滑）第三代密封：機(jī)械密封（油潤(rùn)滑）“三代半”密封：油膜螺旋槽端面密封（1996年獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明四等獎(jiǎng)）第四代密封：“干氣密封”（無(wú)油）（2001年獲天津市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng),2002年獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)已公告）,3,直筒密封與音速孔板控制系統(tǒng),4,碳環(huán)密封,5,單螺旋浮環(huán)密封,6,雙螺旋浮環(huán)密封,7,油膜雙端面密封,8,油膜單端面密封,9,單端面干氣密封,10,雙端面干氣密封,11,雙動(dòng)環(huán)雙端面干氣密封,12,串聯(lián)干氣密封,13,串聯(lián)干氣密封+中間進(jìn)氣,14,串聯(lián)+單端面,15,雙端面系統(tǒng)圖,16,串聯(lián)系統(tǒng)圖,17,串聯(lián)+中間進(jìn)氣系統(tǒng)圖,18,串聯(lián)+單端面系統(tǒng)圖（低壓）,19,20,雙端面干氣密封柜式測(cè)控系統(tǒng),21,串聯(lián)干氣密封測(cè)控系統(tǒng),22,高速、高壓試驗(yàn)臺(tái)P=30MPa,n=20000r/min,23,油膜螺旋槽與氣膜螺旋槽幾何特征的對(duì)比,24,干氣密封的核心技術(shù)-流體動(dòng)壓槽國(guó)外干氣密封的槽形,英、美的JohnCrane公司干氣密封的槽形-單列螺旋槽和樅樹形槽德國(guó)Burgmann公司干氣密封的槽形-單列V形槽和U形槽Flowsever公司干氣密封的槽形T形槽,25,JohnCrane的動(dòng)壓槽,單方向旋轉(zhuǎn)螺旋槽,雙向旋轉(zhuǎn)螺旋槽,單向旋轉(zhuǎn)的“V”形槽,可雙向旋轉(zhuǎn)的“U”形槽,可雙向旋轉(zhuǎn)的“T”形槽,Burgmann的動(dòng)壓槽,Flowserve的動(dòng)壓槽,26,鼎名單向旋轉(zhuǎn)槽形,鼎名公司倒八字和人字槽,已獲中國(guó)發(fā)明專利,已獲美國(guó)發(fā)明專利,27,鼎名可雙向旋形轉(zhuǎn)槽形,中國(guó)發(fā)明專利已授權(quán),美國(guó)專利申請(qǐng)已受理,查新報(bào)告結(jié)論:國(guó)內(nèi)外均未發(fā)現(xiàn),28,工作原理,29,間隙正常,30,間隙減小,31,間隙增大,32,33,向下泵送槽區(qū),向上泵送槽區(qū),壩區(qū),其中：G1、G2為尺寸相關(guān)的常數(shù)，h1為槽深，其他為標(biāo)準(zhǔn)ANSI符號(hào)。,34,干氣密封特性有限元法,密封面氣膜壓力求解,螺旋槽氣體密封的端面膜壓分布滿足Reynolds方程。在求解膜壓時(shí)，考慮穩(wěn)定狀態(tài)，選取無(wú)量綱壓力,則控制方程為,（1）,35,所滿足的邊界條件：,（2）,（3）,周期性條件：對(duì)于任何均有,（4）,36,對(duì)式（1）進(jìn)行離散，利用常規(guī)的有限單元法進(jìn)行分析，得到非線性方程組：,（5）,式中j=1,m；m為不同節(jié)點(diǎn)編號(hào)的總體節(jié)點(diǎn)數(shù)。,用NewtonRaphson法方程求解式（5），一般5-6次即可達(dá)到10-5-10-6的相對(duì)或絕對(duì)精度。求解時(shí)加入邊界條件（2）-（4），就可得到螺旋槽密封的端面壓力分布P。給定一個(gè)膜厚h，可求出端面膜壓分布P，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的氣膜開啟力Fo。根據(jù)Fo=Fc,可求出密封的工作點(diǎn)ho。,37,密封特性計(jì)算,(1)閉合力,式中B2為密封平衡比（即面積比），；,（2）開啟力,（3）端面摩擦力,Pa為大氣壓。,38,（4）端面摩擦系數(shù),（5）端面摩擦功耗,（6）內(nèi)徑處泄漏量,將計(jì)算結(jié)果換算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。,（7）氣膜剛度,39,該項(xiàng)目的發(fā)明及創(chuàng)新點(diǎn),1、單向旋轉(zhuǎn)的“螺旋槽端密封”,“FaceSealwithSpiralGrooves”中國(guó)發(fā)明專利已授權(quán)：98120372.8美國(guó)發(fā)明專利已授權(quán)：6,152,452幾何特征：雙列螺旋槽（倒八字或人字形），位于上游（高壓側(cè)）的一列螺旋槽的徑向高度大于位于下游（低壓側(cè)）的一列螺旋槽的徑向高度（即外長(zhǎng)內(nèi)短），與三代半的八字槽相反，更不同于上述單列槽。工作特性：兩列螺旋槽對(duì)密封流體的泵汲作用的迭加總效果為：從上游向下游泵送（與“三代半”密封相反），流體動(dòng)靜壓結(jié)合與國(guó)外的單列槽相比，在相同的條件下氣膜厚度和剛度特性更佳。,40,該項(xiàng)目的發(fā)明及創(chuàng)新點(diǎn),2、“可雙向旋轉(zhuǎn)的螺旋槽端面密封裝置”“Bi-directionRotatableFaceSealwithSpiralGrooves”中國(guó)實(shí)用新型專利已授權(quán)：ZL01201546.6中國(guó)發(fā)明專利已受理：01102213.2(已接到受權(quán)通知書)美國(guó)發(fā)明專利已受理：10/046.774幾何特征:在旋轉(zhuǎn)環(huán)或靜止環(huán)的至少一個(gè)端面上設(shè)置靠近高壓側(cè)的螺旋槽組;螺旋槽組和扇形臺(tái)組在周向等距分布;每個(gè)螺旋槽組由一個(gè)徑向供氣槽和在徑向等距分布的至少三列螺旋槽和螺旋臺(tái)組成;螺旋槽和螺旋臺(tái)對(duì)稱或準(zhǔn)對(duì)稱地布置在徑向供氣槽的左右兩側(cè)；一個(gè)不開槽的環(huán)形平均布置在密封端面的抵壓側(cè)。工作特性：對(duì)稱或準(zhǔn)對(duì)稱分布的螺旋槽可將密封流體在任何旋向下向下游泵送。與國(guó)外的雙向槽相比，效率更高，在相同的條件下氣膜厚度和剛度特性更佳，（已在燕化乙烯壓縮機(jī)上成功應(yīng)用）。,41,42,43,44,45,技術(shù)水平,天津科委鑒定結(jié)論：根據(jù)該項(xiàng)目鑒定委員會(huì)的鑒定意見，該項(xiàng)目采用了發(fā)明專利下游泵送雙列螺旋槽端面密封技術(shù),“該技術(shù)為國(guó)際首創(chuàng)”，達(dá)到了“國(guó)際先進(jìn)水平”；并且打破了外國(guó)壟斷，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。中國(guó)石油化工集團(tuán)公司鑒定結(jié)論：“該技術(shù)整體上屬國(guó)際先進(jìn)水平”，“技術(shù)成熟可靠，投資遠(yuǎn)低于國(guó)外同類產(chǎn)品，經(jīng)濟(jì)效益顯著，建議在石化行業(yè)中推廣應(yīng)用”。,46,已獲支持和獎(jiǎng)勵(lì),1999年獲科技部技術(shù)創(chuàng)新基金支持2000年獲天津市重大科技攻關(guān)項(xiàng)目支持2001年列入國(guó)家級(jí)重點(diǎn)新產(chǎn)品2001年獲天津市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)2001年獲國(guó)家級(jí)火炬計(jì)劃項(xiàng)目支持國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)已公告,47,48,49,50,51,52,社會(huì)效益,打破外國(guó)著名公司的壟斷，為用戶和國(guó)家節(jié)約大量外匯;迫使進(jìn)口產(chǎn)品大幅度降價(jià)；功耗極小，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低；減少和消除環(huán)境污染，環(huán)保節(jié)能效果顯著。,53,鼎名公司干氣密封業(yè)績(jī)?cè)鲩L(zhǎng)趨勢(shì)圖,54,技術(shù)學(xué)科,干式氣體密封技術(shù)是涉及多學(xué)科的高難度技術(shù)，其所涉及的學(xué)科包括：流體力學(xué)（流體動(dòng)壓槽的型式及特性）固體力學(xué)（脆性材料的強(qiáng)度，熱變形及力變形）動(dòng)力學(xué)（動(dòng)、靜環(huán)之間在高速下的追隨性）熱力學(xué)（發(fā)熱）傳熱學(xué)（冷卻）材料學(xué)（硬質(zhì)合金、精密陶瓷、特種橡膠、精密合金）精密加工（微米和亞微米級(jí)）特種工藝（在超硬材料上刻動(dòng)壓槽）試驗(yàn)技術(shù)（高速高壓試驗(yàn)臺(tái)）自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)（測(cè)量、控制、報(bào)警、連鎖）工業(yè)應(yīng)用技術(shù)和可靠性技術(shù)（工況復(fù)雜及高風(fēng)險(xiǎn)性）,55,已經(jīng)應(yīng)用的業(yè)績(jī),煉油、乙烯、化纖、化肥、化工等大型石化企業(yè)處理危險(xiǎn)性氣體的高速離心壓縮機(jī)組數(shù)十家大型石化企業(yè)的140臺(tái)機(jī)組上應(yīng)用,其中干氣密封88臺(tái),56,(一)干氣密封應(yīng)用業(yè)績(jī),最高壓力7.0-9.0Mpa(高橋、洛陽(yáng))加氫最低壓力（串聯(lián)）0MpaG（沈鼓、德州）最低溫度乙烯-101（燕山化一）兩烯-43（大慶化一）最大直徑217mm(大慶丙烯)（平衡直徑）245mm(鎮(zhèn)海循環(huán)氫)最高轉(zhuǎn)速14080r/min(川維，天然氣)最高線速度137m/s（川維）,1、參數(shù),1.1工業(yè)現(xiàn)場(chǎng),1.2實(shí)驗(yàn)室,力壓：15Mpa線速度：150m/s,57,2、已有機(jī)組類型及介質(zhì),煉油裝置：催化富氣、焦化富氣、重整循環(huán)氫、加氫精制、解吸氣、丙烷等乙烯裝置：乙烯、丙烯、環(huán)氧乙烷/乙二醇化肥裝置：二氧化碳、氨冷凍、天然氣（原料氣）、液氨（泵）,(一)干氣密封應(yīng)用業(yè)績(jī),58,（二）螺旋浮環(huán)已有業(yè)績(jī),高壓氫氣15.7-17.4Mpa(揚(yáng)子芳烴)高壓合成氣7.5-15.8Mpa(建峰化肥),59,（三）干氣密封尚未有業(yè)績(jī)的機(jī)組類型,煉油加氫裂化：壓力12Mpa化肥合成氣：壓力12Mpa乙烯裂解氣：氣體較臟，但容易解決,60,大型機(jī)組密封工業(yè)應(yīng)用業(yè)績(jī)表（涂綠者為干氣密封項(xiàng)目）,61,大型機(jī)組密封工業(yè)應(yīng)用業(yè)績(jī)表（涂綠者為干氣密封項(xiàng)目）,62,大型機(jī)組密封工業(yè)應(yīng)用業(yè)績(jī)表（涂綠者為干氣密封項(xiàng)目）,63,大型機(jī)組密封