首页|期刊导航|化工进展|基于阻塞流动调控以提载控漏的超临界CO2干气密封螺旋槽参数

基于阻塞流动调控以提载控漏的超临界CO2干气密封螺旋槽参数OA

Parametric analysis of spiral groove in supercritical CO2 dry gas seal based on choked flow regulation for load enhancement and leakage control

中文摘要英文摘要

针对螺旋槽干气密封优化设计中普遍存在的承载力与泄漏率同步增大的问题,本文提出调控螺旋槽参数,促成密封端面出口形成阻塞流动,进而实现在控制端面泄漏的同时增大气膜承载能力.采用有限差分法耦合求解压力与温度控制方程,分析了不同工况参数下,超临界CO2干气密封端面热效应和流态模式对临界阻塞螺旋槽参数的影响,以及不同结构参数下的阻塞稳定膜厚设计区间.结果表明:增大螺旋槽参数(槽深、槽长比、槽宽比及螺旋角)可以使密封间隙出口速度在出口压力为设计出口压力时达到当地声速;在常规的层流等温模型中,转速升高使临界阻塞槽深、槽长比及螺旋角减小,但湍流及绝热流动模型中高转速对应较大的临界阻塞螺旋槽参数,提高进口压力会降低临界阻塞螺旋槽参数;湍流和绝热流动具有一定的协同作用,能够延缓临界阻塞的发生,且其具有更宽的阻塞稳定膜厚设计区间.

In order to solve the common problem of simultaneous increase in opening force and leakage rate in the optimal design of spiral groove dry gas seals,this study proposed regulating spiral groove parameters to induce choked flow at the exit of sealing end faces,thereby achieving end face leakage control while enhancing gas film load-carrying capacity.This paper used the finite difference method to solve the pressure and temperature governing equations,analyzing the impacts of thermal effects and turbulent effects on the critical choked spiral groove parameters of supercritical CO₂ dry gas seals under various operating conditions,and the design range of critical choked instability film thickness under different structural parameters.The results showed that increasing spiral groove parameters(groove depth,groove-dam ratio,groove-land ratio,spiral angle)enabled the seal clearance exit velocity to reach the local sonic speed at ambient exit pressure.In laminar-isothermal model,increasing rotational speed reduced the critical choked groove depth,groove-dam ratio,and spiral angle.However,in turbulent-adiabatic models,higher rotational speeds corresponded to larger critical choked spiral groove parameters.Increasing inlet pressure reduced critical choked spiral groove parameters.Turbulent and adiabatic effects exhibited a certain synergistic effect,delaying the occurrence of critical choking and featuring wider design intervals for the critical choked instability film thickness.

罗屹潇;陈维;许恒杰;毛文元;陈飞;邓强国;孙雪剑

昆明理工大学化学工程学院,云南 昆明 650500昆明理工大学化学工程学院,云南 昆明 650500||昆明理工大学机电工程学院,云南 昆明 650500昆明理工大学化学工程学院,云南 昆明 650500昆明理工大学化学工程学院,云南 昆明 650500昆明理工大学化学工程学院,云南 昆明 650500昆明理工大学机电工程学院,云南 昆明 650500昆明理工大学化学工程学院,云南 昆明 650500

机械制造

干气密封超临界二氧化碳数值分析湍流临界阻塞结构参数

dry gas sealsupercritical carbon dioxidenumerical analysisturbulent flowcritical chokestructural parameters

《化工进展》 2026 (7)

3871-3884,14

国家自然科学基金(52105189)云南省基础研究计划(202401AT070402,202401AT070404).

10.16085/j.issn.1000-6613.2025-1127

评论