膜片空氣彈簧的設計計算

干氣密封是一種新型的非接觸式軸封。干氣密封與其他密封相比，具有泄漏少、磨損少、壽命長(cháng)、能耗低、操作簡(jiǎn)單可靠、維護量少、無(wú)密封流體等優(yōu)點(diǎn)。油污等特點(diǎn)。機械密封一直不能干運轉，而干氣密封利用流體動(dòng)壓作用使兩個(gè)旋轉密封面之間沒(méi)有接觸，密封介質(zhì)泄漏量小，從而達到密封的氣體和干操作。操作。在壓縮機應用中，無(wú)論是離心壓縮機、軸流壓縮機、齒輪驅動(dòng)壓縮機還是透平膨脹機，干氣密封都在逐漸取代浮環(huán)密封、迷宮密封和油潤滑機械密封。

1、干氣密封的基本工作原理

干氣密封與一般機械密封的平衡集裝式結構相同，但端面設計不同。表面有幾至十微米深的凹槽，端面寬度較寬。與一般潤滑機械密封不同，干氣密封在兩個(gè)密封面上產(chǎn)生穩定的氣膜。這種氣膜具有很強的剛性，可以將兩個(gè)密封端面完全分開(kāi)，并保持一定的密封間隙。這個(gè)間隙不宜過(guò)大，一般為幾微米。密封間隙過(guò)大膜片空氣彈簧的設計計算 組合螺旋型槽干氣密封的設計及結構，泄漏量增加，密封效果差；而密封間隙小，兩個(gè)密封面容易接觸，因為干氣密封的摩擦熱不能及時(shí)散失，而沒(méi)有潤滑的端面接觸會(huì )很快造成密封變形，端面過(guò)熱，導致密封失效。這種空氣膜的存在不僅有效地分離了端面，而且還冷卻了相對的端面。兩個(gè)端面不接觸，大大減少了摩擦磨損膜片空氣彈簧的設計計算，使密封件具有壽命長(cháng)的特點(diǎn)，從而延長(cháng)了主機的使用壽命。

如圖1所示，帶槽密封面分為兩個(gè)功能區，外區和內區。當氣體進(jìn)入凹槽的外側區域時(shí)，這些凹槽會(huì )壓縮進(jìn)入的氣體，并在凹槽根部形成局部高壓區膜片空氣彈簧的設計計算，使端面分離，形成一定厚度的氣膜. 為了獲得必要的泵送效果，必須在高壓側開(kāi)設動(dòng)壓槽。開(kāi)槽密封間隙中壓力的增加對干氣密封至關(guān)重要。保證密封件能形成穩定的氣膜，即使在軸向載荷較大的情況下也不會(huì )被破壞。密封件的內部區域（即壩體區域）是平坦的膜片空氣彈簧的設計計算 組合螺旋型槽干氣密封的設計及結構，其節流作用限制了泄漏。當密封件工作時(shí)，端面氣膜形成的開(kāi)啟力與彈簧力和介質(zhì)的力形成的關(guān)閉力相平衡，實(shí)現非接觸操作。干氣密封的彈簧力很小。主要目的是保證在密封件未受壓或不工作時(shí)密封件關(guān)閉，防止事故發(fā)生。

由此可以看出，干氣密封設計的決定性因素是密封圈上凹槽的幾何形狀和尺寸。選擇合理的凹槽設計和易于加工制造的結構設計非常重要。

密封面可在動(dòng)環(huán)或靜環(huán)上開(kāi)槽。一般來(lái)說(shuō)，動(dòng)環(huán)的密封面是高速開(kāi)槽的；它可以在低速或中速時(shí)在固定環(huán)上開(kāi)槽。需要注意的是，由于密封間隙只有幾微米，必須注意防止固體顆粒進(jìn)入密封端面。

2、干氣密封流體力學(xué)計算

2.1、基本方程

2.2、 方程的解

采用有限差分法，首先將計算域劃分為若干個(gè)有限控制體膜片空氣彈簧的設計計算，用微分商代替偏微分方程中的導數得到代數方程，然后在控制上離散代數方程體以獲得代數方程。編譯計算程序求解方程得到結果。

2.3、計算結果

螺旋槽數12個(gè)；螺旋角17°；間隙2.3μm；凹槽深度7μm；開(kāi)啟力 20.1 kN；泄漏1.3 Nm3/h；密封壓降2.5 MPa

螺旋槽數18條；螺旋角15°；間隙4.0μm；凹槽深度7μm；開(kāi)啟力3.23 kN；泄漏0.11 Nm3/h；密封壓降0.35 MPa

螺旋槽數12個(gè)；螺旋角17°；間隙2.3μm；凹槽深度7μm；開(kāi)啟力 20.1 kN；泄漏1.3 Nm3/h；密封壓降2.5 MPa

 壓力分布曲面圖

螺旋槽數18條；螺旋角15°；間隙4.0μm；凹槽深度7μm；開(kāi)啟力3.23 kN；泄漏0.11 Nm3/h；密封壓降0.35 MPa

 壓力分布面圖

3、結論

（1)從圖2到圖5可以看出膜片空氣彈簧的設計計算 組合螺旋型槽干氣密封的設計及結構，氣封開(kāi)啟的微米級凹槽形狀，產(chǎn)生了非常理想的增壓效果。圖2和圖4是3、圖5為徑向有兩個(gè)槽區的現象，從圖中可以看出槽區的根部壓力和壓力增加最多，當兩端壓力下降時(shí)密封件2.5MPa，最大壓力值可達8MPa。

（2)從計算值看，密封端面的摩擦功率消耗很小，溫度測試表明端面溫升很小。

（3)本文采用有限差分法計算三維網(wǎng)格，所得結果正確可靠。計算的密封氣膜厚度、密封泄漏等參數與實(shí)際測試結果非常接近.

（4)通過(guò)試驗臺模擬試驗，數據和計算值與鎮海石化富氣壓縮機干氣密封工業(yè)運行試驗數據和計算值基本一致。