新型气体离心密封的试验研究

　　针对密封气体时普通离心密封出现的问题,提出了一种带有连续注排密封液结构的离心密封装置,介绍了该密封的工作原理及其特点。设计并研制了离心密封试验样机,测量并采集了密封介质压力、密封液流量、温度等密封性能参数,研究了性能参数随主轴转速以及密封液注入压力的变化规律。研究表明,新型离心密封适用于高转速下密封气体的场合,而且转速越高,可以密封的介质的压力越高,但搅拌热也越大;而增加密封液注入压力,有利于增大密封液流量,带走更多的搅拌热量。

　　关键词：离心密封;气液两相流;试验研究

　　Abstract: Based on the problems of the common centrifugal seal for sealing gas,a structural configuration of the new-type centrifugal seal device with continuous injection and elimination of the sealing fluid is proposed,and the operating principle and feature of the seal is established.The experimental equipment of the centrifugal seal are designed and manufactured.The parameters,including the pressure of the sealing medium,the flow rate and the temperature of the sealing fluid,are measured and collected.The changing regularity of the performance parameter with the spindle speed and the injection pressure of the sealing fluid is considered.The research shows that the new type centrifugal seal is suit for the condition of gas seal at high speed.The higher the speed is,the higher sealing pressure of the medium is and the greater the heat of stirring is.The flow of the sealing fluid is increased and the heat of stirring is carried away by increasing the pressure of the injection sealing fluid.

　　Keywords: centrifugal seal;gas liquid two phase flow;experimental research

　　基金项目: 中央高校基本科研业务费项目(ZZ1010)

　　离心密封是利用回转体带动液体旋转使之产生径向离心压力以克服泄漏的装置，在密封气体时，由密封液产生的离心压力形成一液体屏障以密封气体［1］。当离心密封用于气体密封时，主要存在两个问题，一是当转速降低或停车时，密封能力丧失，需考虑停车密封［2］; 二是密封液在较小的间隙下高速旋转，会产生大量的搅拌热［3］，导致密封液的温度升高甚至汽化。

　　目前国内外对于密封液体用的离心密封研究较多，且主要集中在基于现有半经验公式的工程设计和改造上［4 ～ 6］，但是，对用于气体工况下的离心密封研究较少。国内仅停留在工程技术改造上，并未提出一种完整的用于密封气体的离心密封结构［7］; 国外学者对气体离心密封开展了一些工作［8］，但仅涉及内部流场的研究，没有考虑温度的影响，也未能给出各个操作参数对密封性能的影响。

　　针对以上问题，本文提出一种具有连续注排密封液结构的离心密封装置。该装置通过不断更新密封液，可以有效地带走工作时产生的搅拌热;同时配置了气控滑阀式端面密封，保证了离心密封低速运转或停车时的密封性能。为了验证密封的有效性，设计并研制了双端面离心密封试验样机及气液控制系统，测量了密封液流量、温度等主要性能参数，分析了主轴转速、密封液注入压力等操作参数对密封性能的影响，为今后离心密封的优化设计提供了指导。

　　新型气体离心密封已成功应用于高转速下密封气体的场合，并且转速越高，密封能力越强，但过高的转速会导致流经腔体的密封液流量减小，密封液温度升高，影响密封的使用; 而通过改变密封液出口位置和增加密封液注入压力的方式，可以起到加大密封液的流量，提高冷却效果的作用。

参考文献：
　　[1]蔡仁良,顾伯勤,宋鹏云.过程装备密封技术[M].北京:化学工业出版社,2006:237-242.
　　[2]文美纯.充液膨胀停车密封结构[J].湘潭大学自然科学学报,1994,16(1):140-142.
　　[3]Denecke J,Schramm V,Dullenkopf K,et al.Ad-vanced hydraulic seal design for high temperature envi-ronments[C].International Gas Turbine Institute.Proceedings of GT2006 ASME Turbo Expo 2006:Vol-ume 3:Heat Transfer,Parts A and B.Barcelona:A-merican Society of Mechanical Engineers,2006.1453-1462.
　　[4]张巍,吴兴运.离心泵的动力密封改造[J].水泵技术,2005,(2):45-47.
　　[5]刘建华,赵万勇,吴治将.离心杂质泵副叶轮密封装置的设计[J].流体机械,2005,33(8):18-20,54.
　　[6]乔玉兰,王者文,施勇.副叶轮密封及其在自吸泵中的设计应用[J].通用机械,2010,(2):96-98.
　　[7]田永红.副叶轮密封在气体压缩机上的应用[J].重型机械科技,2006,(4):34-35.
　　[8]Young C,Chew J W.Evaluation of the volume of fluidmodeling approach for simulation of oil/air systemflows[C].International Gas Turbine Institute.Pro-ceedings of GT2005 ASME Turbo Expo 2005:Volume3:Turbo Expo 2005,Parts A and B.USA:AmericanSociety of Mechanical Engineers,2005:1249-1257.