双尖槽干气密封端面变形及密封性能研究.pdfVIP

摘要

干气密封作为压缩机的关键部件，对压缩机的稳定运行至关重要，而在实际的运行

过程中，变形是不可避免的，且过大的变形将会导致密封性能发生显著变化，甚至失效。

本文以双尖槽干气密封作为研究对象，利用有限差分法与有限元法联立求解，开发了密

封环端面变形的有限元程序，得到端面变形分布情况及密封性能情况，主要结论如下：

(1)分析了不同结构参数下端面变形对密封性能的影响情况，结果表明：端面变形造

成密封间隙增大，导致动压效应下降，泄漏量上升，刚度下降，但不影响密封性能曲线

变化趋势，当端面间隙在0~4µm时，端面变形对密封性能的影响较大，当间隙大于4µm

时，变形对密封性能的影响较小；当槽深hg1为5µm、hg2为4µm时，由于动压效应明

显，端面变形对密封性能的影响达到最大；随着螺旋角的增大，端面变形对密封性能的

影响先增大后减小，当螺旋角β=18°、β=20°时，变形对性能的影响达到最大。经过

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分析还可以发现，端面变形对泄漏量、刚度的影响较为显著，建议在考虑性能要求时优

先考虑刚度、泄漏量，最后考虑开启力。

(2)探究了双尖槽端面变形的影响因素，发现背面约束长度对变形的影响较小，其变

形主要由压差、转速、弹性模量主导。分析了在不同工况、材料参数下端面变形和密封

性能的变化规律，结果表明：在周向上，动压效应明显，在端面产生了呈周期性变化的

变形，该周期性变形主要由动压效应主导，转速越大动压效应越明显，产生的周期性波

式变形越大，对开启力、刚度的影响明显，即周期性波式变形主要扰动了气膜的稳定性，

过大易造成刚度的下降；在径向上，随着压差的增大，动、静环靠近外径处的变形明显

大于靠近内径处的变形，使得端面产生一个径向锥度变形，而周向上的周期性波式变形

随着压差的增加而逐渐减弱，当压差升高时，径向变形增大，径向锥角增大，造成静压

效应上升，动压明显下降，对泄漏量的影响明显，即径向锥度变形过大，易造成泄漏量

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的急剧上升；当静环弹性模量E2超过4.8×10MPa时，此时双尖槽的密封性能基本趋于

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稳定，建议静环材料的弹性模量最好选择在4.8×10MPa附近，此时密封性能较优。

(3)基于交叉耦合的前提下对双尖槽干气密封进行了正交试验优化设计。结果表明：

密封间隙对刚度和泄漏量的影响程度最大，其显著性远远大于其余几个指标。且根据正

交试验所得结论，选取了双尖槽干气密封最佳参数组合为：

h=1µm、N=12、h=3µm、h=3µm、η=1.5、σ=0.5、β=14°、β=14°；

0g1g212

h=1µm、N=14、h=5µm、h=5µm、η=2、σ=0.65、β=18°、β=18°。

0g1g212

关键词：干气密封；密封性能；端面变形；双尖槽；数值计算

Abstract

Asakeycomponentofthecompressor,drygassealisveryimportantforthestable

operationofthecompressor.Intheactualoperationprocess,deformationisinevitable,and

excessivedeformationwillleadtosignificantchangesinsealingperformanceandevenfailure.

Inthispaper,thedoublepointedgroovedrygassealistakenastheresearchobject.Thefinite

differenc