干式氣體密封介紹ppt課件.ppt

1、1,干 式 氣 體 密 封,天 津 新 技 術 產 業(yè) 園 區(qū) 鼎 名 密 封 有 限 公 司,2,大型透平壓縮機組的四代密封產品,第一代密封：迷宮密封（無油） 第二代密封：浮環(huán)密封（油潤滑） 第三代密封：機械密封（油潤滑） “三代半”密封：油膜螺旋槽端面密封 （1996年獲國家技術發(fā)明四等獎） 第四代密封：“干氣密封”（無油） （2001年獲天津市科技進步一等獎, 2002年獲國家科技進步二等獎已公告）,3,直筒密封與音速孔板控制系統,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,1

2、0,雙端面干氣密封,11,雙動環(huán)雙端面干氣密封,12,串聯干氣密封,13,串聯干氣密封+中間進氣,14,串聯+單端面,15,雙端面系統圖,16,串聯系統圖,17,串聯+中間進氣系統圖,18,串聯+單端面系統圖（低壓）,19,20,雙端面干氣密封柜式測控系統,21,串聯干氣密封測控系統,22,高速、高壓試驗臺 P=30MPa, n=20000r/min,23,油膜螺旋槽與氣膜螺旋槽幾何特征的對比,24,干氣密封的核心技術-流體動壓槽國外干氣密封的槽形,英、美的John Crane公司干氣密封的槽 形-單列螺旋槽和樅樹形槽 德國Burgmann公司干氣密封的槽形-單列 V形槽和U形槽 Flowse

3、ver公司干氣密封的槽形T形槽,25,John Crane的動壓槽,單方向旋轉螺旋槽,雙向旋轉螺旋槽,單向旋轉的“V”形槽,可雙向旋轉的“U”形槽,可雙向旋轉的“T”形槽,Burgmann 的動壓槽,Flowserve 的動壓槽,26,鼎 名 單 向 旋 轉 槽 形,鼎名公司倒八字和人字槽,已獲中國發(fā)明專利,已獲美國發(fā)明專利,27,鼎名可雙向旋形轉槽形,中國發(fā)明專利已授權,美國專利申請已受理,查新報告結論:國內外均未發(fā)現,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

4、尺寸相關的常數，h1為槽深， 其他為標準ANSI符號。,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，考慮穩(wěn)定狀態(tài)，選取無量綱壓力,則控制方程為,（1）,35,所滿足的邊界條件：,（2）,（3）,周期性條件：對于任何 均有,（4）,36,對式（1）進行離散，利用常規(guī)的有限單元法進行分析， 得到非線性方程組：,（5）,式中j=1, m；m為不同節(jié)點編號的總體節(jié)點數。,用NewtonRaphson法方程求解式（5），一般5-6次即可達到 10-5-10-6的相對或絕對精度。求解時加入邊界條件（2）-（4）， 就可得到螺旋槽密封的

5、端面壓力分布P。給定一個膜厚h，可求 出端面膜壓分布P，計算出對應的氣膜開啟力Fo。根據Fo=Fc,可 求出密封的工作點ho。,37,密封特性計算,(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,（5）端面摩擦功耗,（6）內徑處泄漏量,將計算結果換算為標準狀態(tài)。,（7）氣膜剛度,39,該項目的發(fā)明及創(chuàng)新點,1、單向旋轉的“螺旋槽端密封”,“Face Seal with Spiral Grooves” 中國發(fā)明專利已授權：98120372.8 美國發(fā)明專利已授權：6,152,452 幾何特征：雙列螺旋槽（倒八字或

6、人字形），位于上游（高壓側）的一列螺旋槽的徑向高度大于位于下游（低壓側）的一列螺旋槽的徑向高度（即外長內短），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），流體動靜壓結合 與國外的單列槽相比，在相同的條件下氣膜厚度和剛度特性更佳。,40,該項目的發(fā)明及創(chuàng)新點,2、“可雙向旋轉的螺旋槽端面密封裝置”“Bi-direction Rotatable Face Seal with Spiral Grooves” 中國實用新型專利已授權：ZL01201546.6 中國發(fā)明專利已受理： 01102213.2(已

7、接到受權通知書) 美國發(fā)明專利已受理： 10/046.774 幾何特征:在旋轉環(huán)或靜止環(huán)的至少一個端面上設置靠近高壓側的螺旋槽組;螺旋槽組和扇形臺組在周向等距分布;每個螺旋槽組由一個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組成;螺旋槽和螺旋臺對稱或準對稱地布置在徑向供氣槽的左右兩側；一個不開槽的環(huán)形平均布置在密封端面的抵壓側。 工作特性：對稱或準對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上成功應用）。,41,42,43,44,45,技 術 水 平,天津科委鑒定結論： 根據該項目鑒定委員

8、會的鑒定意見， 該項目采用了發(fā)明專利下游泵送雙列螺旋槽端面密封技術,“該技術為國際首創(chuàng)” ，達到了“國際先進水平”；并且打破了外國壟斷，填補了國內空白，處于國內領先地位。 中國石油化工集團公司鑒定結論： “該技術整體上屬國際先進水平”，“技術成熟可靠，投資遠低于國外同類產品，經濟效益顯著，建議在石化行業(yè)中推廣應用”。,46,已獲支持和獎勵,1999年獲科技部技術創(chuàng)新基金支持 2000年獲天津市重大科技攻關項目支持 2001年列入國家級重點新產品 2001年獲天津市科技進步一等獎 2001年獲國家級火炬計劃項目支持 國家科技進步二等獎已公告,47,48,49,50,51,52,社 會 效 益,打

9、破外國著名公司的壟斷，為用戶和國家節(jié)約大量外匯; 迫使進口產品大幅度降價； 功耗極小，運行維護費用低； 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)績增長趨勢圖,54,技 術 學科,干式氣體密封技術是涉及多學科的高難度技術，其所涉及的學科包括： 流體力學（流體動壓槽的型式及特性） 固體力學（脆性材料的強度，熱變形及力變形） 動力學（動、靜環(huán)之間在高速下的追隨性） 熱力學（發(fā)熱） 傳熱學（冷卻） 材料學（硬質合金、精密陶瓷、特種橡膠、精密合金） 精密加工（微米和亞微米級） 特種工藝（在超硬材料上刻動壓槽） 試驗技術（高速高壓試驗臺） 自動測控系統（測量、控制、報警、連鎖） 工

10、業(yè)應用技術和可靠性技術（工況復雜及高風險性）,55,已經應用的業(yè)績,煉油、乙烯、化纖、化肥、化工等大型石化企業(yè)處理危險性氣體的高速離心壓縮機組 數十家大型石化企業(yè)的140臺機組上應用,其中干氣密封88臺,56,(一)干氣密封應用業(yè)績,最高壓力 7.0-9.0Mpa (高橋、洛陽)加氫 最低壓力 （串聯）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) 最高轉速 14080r/min(川維，天然氣) 最高線速度 137m/s（川維）,1、參數,1.1工業(yè)現場,1.2實驗室,力壓：15M

11、pa 線速度：150m/s,57,2、已有機組類型及介質,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)干氣密封應用業(yè)績,58,（二）螺旋浮環(huán)已有業(yè)績,高壓氫氣15.7-17.4Mpa(揚子芳烴) 高壓合成氣7.5-15.8Mpa(建峰化肥),59,（三）干氣密封尚未有業(yè)績的機組類型,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,大型機組密封工業(yè)應用業(yè)績表（涂綠者為干氣密封項目）,61,大型機組密封工業(yè)應用業(yè)績表（涂綠者為干氣密封項目