[发明专利]一种基于槽底微造型设计的干气密封开槽方法

说明书

本发明公开一种基于槽底微造型设计的干气密封开槽方法，本发明建立相对合理和完善的槽底界面粗糙度模型，阐释合理的粗糙度造型设计对密封性能改善及降低开槽技术标准的机制和机理，最终实现基于干气密封槽底粗糙度微观效应的有序造型设计方法，提高干气密封的性能、简化开槽技术方法。

技术领域

本发明属于机械工程领域、流体密封技术领域，特别涉及一种基于槽底微造型设计的干气密封开槽方法及其装置。

背景技术

近年来，随着工业的高速发展以及人们对环境要求的提高，促使石油、石化等相关过程工业向无污染、长周期、低能耗、高效益的方向发展，而此类工业的密封流体大多具有易燃、易爆、剧毒、污染严重等特点，传统的机械密封难以满足设备的密封要求。而干气密封技术的突出特点在于通过很薄的压力气膜实现密封界面的非接触和小间隙运行，由此所表现出的优越的防泄漏特性和长寿命、低维护特性，已使其成为先进密封技术领域的一个重要研究方向。

在国外，无论低压、低速、高压、高速等各种工况干气密封都占有重要地位。在国内，干气密封引入较晚，与国外也存在很大的差距，但目前越来越多的科研人员正投身于这类密封设备的研发上。干气密封与普通机械密封在结构方面的主要区别在于其动环或静环端面上加工有深度一般为3～10μm的各种槽型，通过流体动压力使密封端面分离。因而，干气密封的核心技术在体现在其微米级槽深的动压产生机理及槽型的设计与加工方面。

在启动或停车期间，干气密封的端面气膜厚度与表面粗糙度为同一数量级，正常运行时也仅高出1个数量级，因此表面粗糙度尤其是尺寸相对较大的槽底粗糙度对密封性能的影响不容忽视。但由于槽底加工技术高、精度较难保证，使得不合适的槽底粗糙度甚至平面度严重影响槽型实际使用效果。

因此，为发挥干气密封的最大优势，在强调零泄漏、低磨损、低能耗性能外，很有必要针对其槽底的微观效应和合理开槽方法进行研究。

为解决干气密封端面粗糙度问题，国内外学者在动、静环端面接触模型方面开展了大量的研究，试图从理论上揭示表面粗糙度对密封性能的影响机制及解决办法。1978年，Patir等提出“平均流动模型”的概念，用来研究等温条件下不可压缩液体在三维粗糙表面间隙中的部分流体润滑问题，通过引入流量因子来描述表面粗糙度对间隙流量的影响，建立了PC模型，为人们研究表面粗糙度的润滑效应提供了重要手段；之后Elrod、Tripp、Tonder、Hu、Makino等都对这个模型进行了进一步研究和完善；2004年，Wang等采用平均流动模型和快速傅里叶变换求解了液体油膜与粗糙峰接触的压力分布。针对可压缩气体，大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室任晓和吴承伟等基于液体平均流动模型的基本思想，推导出了可压缩气体静密封的平均流动方程并进行了相应泄漏量计算，通过对气体在接触间隙流动的数值模拟，分析了表面粗糙度纹理方向、方均根等粗糙表面表征参数在名义气体膜厚变化时对气体泄漏量和密封压力的影响，并给出了粗糙表面形貌参数和密封压力与气体密封性能之间的关系。可压缩气体静密封平均流动方程的建立，为研究可压缩气体动密封提供了良好的借鉴和基础。