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螺旋槽干式气体端面密封(S-DGS)广泛应用于压缩机、泵、鼓风机、搅拌器和混合器等大型旋转机械的轴端密封,经过30多年发展,S-DGS已拓展为目前的内环槽(AS-DGS)、雁型槽(GS-DGS)等众多干气密封(DGS)结构型式。但是GS-DGS密封作用机理和影响规律尚不清楚,针对不同工况如何进行槽型选择设计,目前仍缺少系统的理论指导。
本文对上述典型槽型干气密封(DGS)的密封性能进行比较研究。首先,基于气体润滑理论,针对光滑雁型槽干气密封(GS-DGS)建立了气膜压力控制方程,采用有限单元法进行求解,以最大刚漏比为原则对几何参数进行优化,以最优几何参数取值设计GS-DGS端面槽型进行实验,结合实验研究验证程序的可行性。在此基础上,理论结合实验进行S-DGS、AS-DGS和GS-DGS三种槽型的密封性能对比研究,研究操作条件等对承载能力、气膜刚度、刚漏比以及泄漏率等密封参数的影响规律,结果表明:GS-DGS具有明显优异的综合工作性能,可以适用于更宽范围的操作条件。最后,研究了GS-DGS在滑移流和粗糙度综合影响下的密封性能,结果表明:当Kn=0.016~1,h/σ<3时,对密封性能的影响最为显著。在此条件下对比研究三种槽型DGS的密封性能,得出在低速低压情况下应优先选择AS-DGS和GS-DGS。
本文研究成果将为解决DGS端面槽型的工程设计、针对不同操作条件和要求选择合适的DGS、提高密封稳定性提供理论依据,进而满足大型机械设备轴端密封高可靠性和高稳定性的要求,具有重要的理论意义和工程应用价值。