先进气膜密封技术研究进展与分析
气体膜分离技术在我国的发展现状与展望
气体膜分离技术在我国的发展现状与展望近年来，随着环境污染和能源危机的加剧，气体膜分离技术作为一种高效、环保和经济的分离技术，受到了广泛的关注和研究。
在我国，气体膜分离技术也得到了快速发展，取得了一系列重要的成果。
本文将对气体膜分离技术在我国的发展现状进行概述，并展望其未来的发展方向。
气体膜分离技术是一种基于膜材料对气体分子的选择性渗透性的分离方法。
相对于传统的分离方法，如吸附、吸收和蒸馏等，气体膜分离技术具有结构简单、操作方便、运行成本低等优势。
在我国，气体膜分离技术的研究始于上世纪80年代，经过多年的努力和探索，已经取得了一系列重要的研究成果。
在气体膜材料的研究方面，我国的科研人员取得了一些重要的突破。
例如，针对CO2的分离，研究人员开发出了一种新型的薄膜材料，具有高选择性和高通量的特点。
这种薄膜材料不仅能够实现高效的CO2分离，还可以在工业规模下进行生产，具有广阔的应用前景。
此外，我国的科研人员还研发出了一种具有高渗透性和高选择性的有机-无机复合膜材料，用于乙烯和乙烷的分离。
这种薄膜材料在分离效率和经济性方面都具有很大的优势，受到了广泛的关注和应用。
在气体膜分离技术的应用方面，我国也取得了一些重要的进展。
例如，在天然气处理领域，气体膜分离技术被广泛应用于天然气中的CO2和H2S的去除。
采用气体膜分离技术进行天然气处理，不仅能够提高气体的纯度，还可以降低能源消耗和环境污染。
此外，在石油化工行业，气体膜分离技术也被用于乙烯和乙烷的分离，能够有效提高产品的纯度和产量。
然而，尽管在气体膜分离技术的研究和应用方面取得了一些重要的成果，但我国的气体膜分离技术仍然面临着一些挑战和问题。
首先，目前我国的气体膜分离技术主要集中在材料研究和实验室规模的试验中，还没有形成规模化的产业化生产。
此外，我国在气体膜分离技术方面的研究与国际先进水平相比还存在一定的差距，需要加大科研投入和合作交流，提升研究水平和创新能力。
柱面气膜密封报告 定
柱面气膜密封冯飞李发国朱自明任务分工：李发国：查找资料冯飞：PPT讲解朱自明：PPT制作及报告撰写一、研究背景及意义气膜密封是一种新型的、依靠微米级的气体薄膜润滑的非接触式机械密封，也称为干气密封。
气膜密封技术相比于传统密封技术具有很多优点，其主要有端面气膜密封技术和柱面气膜密封技术，端面气膜密封技术在地面透平机、压缩机等设备中广泛应用，取得了很好的经济效益。
人们想将端面气膜密封应用于航空燃气轮机转子系统，但都以失败告终，其原因在于航空燃气轮机转子系统具有高转速、高压差、高温等严苛的工作环境，对此有学者提出柱面气膜密封技术。
柱面气膜密封其独特的柔性结构可以应对航空燃气轮机转子系统剧烈的振动和热力变形，实现业界所追求的密封副之间的非接触摩擦，对降低航空燃气轮机油耗具有重要的意义。
鉴于航空发动机工况十分严峻，学者们提出了采用柱面气膜密封。
研发应用于高压压缩机的柱面气膜密封，提高密封效果，使发动机的推力提高2％～2．5％，耗油率降低1％～2％，可使航空发动机节约能源，减少污染，提高构建的耐久性，并大幅度改善整机性能，具有重大的军事价值和经济价值。
气膜密应封技术是基于气体动静压原理，在密封位置形成一定薄的压力气膜，产生密封密封效果。
其突出的特点在于通过很薄的压力气膜实现密封界面的非接触和小间隙，由此所表现出的优越的防泄漏特性和长寿命、低维护特性，已使其成为先进密封技术领域的一个重要研究方向。
二、发展状况（一）气膜密封的产生与发展（二）柱面气膜密封研究方法柱面气膜密封当前尚处于研究阶段，鲜见成功应用。
柱面气膜密封类似于径向轴承的工作原理，对其研究主要有2种方法：1)根据密封条件，建立适合的雷诺方程及纳斯一斯托克斯方程等物理方程，然后采用解析法、有限差分法或者有限元法求解相关方程，从而得出密封表面的压力分布，再进一步求得其稳态性能；2)建立正确的几何模型，采用fluent等流体有限元分析软件，得出密封表面的气膜压力，再研究密封结构各方面的性能。
干气密封技术研究现状及发展趋势
张 云洪 （ 内蒙古 大唐 国 际克什 克腾 煤制 天 然气 有限 责任 公 司 ， 内蒙古
摘要： 干 气 密封 技 术 出现 于 上 世 纪 ６ ０ 年代， 是 当前 世 界 范 围 内最 先进 的非 接触 型 密封技 术 。干 气 密封在 气体 动压 轴 承 的基 础上 通过 对机 械 密封 来实现一种 非接 触型 密封 的运 作 ， 本 质上 说 ， 就 是在 机 械 密封动 环上 增加 动 压槽 ， 并设 置 了相应 的 辅助 系统 ， 用来 实现 非接 触式运行 。本 文 以下针对 干气 密封技 术 的应 用现状进 行分析 讨论 ， 并 对这 一技 术 未来的发展 趋 势进 行 了探 索 。 关键词 ： 干 气密封 ， 技 术研 究 ， 应 用现状 ， 发展 趋 势 与其 他的非 接触 型密封技 术相 比 ， 干 气 密封的介 质泄 露可 能 性 几乎 为零 ， 是一 种环 保性 能极 佳 的技术 ， 其密 封功 率 消耗
赤峰
０ ２ ５ ３ ５ ０ ）
２干气密封工艺的研究现状和趋势
就研 究现 状 而 言 ， 国 内 的 研 究 对 象 集 中在 干 气 密 封 的 原
理、 设计 理论 、 系 统优 化等 理论 方面 ， 如： 密封 端 面摩 擦性 能研 究、 干气 密封结构 研究 （ 机 械密封 部分 ） 、 密封结 构现 代设计 、 绝 热研 究以及 气膜稳 定性计 算等 。结合现 状 出发 ， 国内 的研 究主 要存在 以下问题 ： 首先 ， 基础研 究 工作薄 弱。 由于 干气 密封 工艺是一 种 引进 技术 ， 在 国 内缺 乏 必要 的基 础理 论 ， 工 业应 用 的出发 点是 生 产 的适 应性 ， 因此大 多采 用 引进技 术和 设备 的 方案 ， 很 少 主动进 行技 术研 究。 国内主要 有高校 和研 究机构开 设研 究课题 ， 但 国 不足 接触 性密 封技 术 的 ５ ％， 在 工业体 系 应用 中不 存在 任 何的 外干 气密封 产 品生产企 业对技 术资料 的严 密封锁 ， 对 我 国的基 不利 影响 ， 因此 得到 了广泛 的研究和应 用 。 础性 研究 十分不利 。同时 ， 我 国在关于 密封性 技术的 研究 人 员 培养 上也 缺乏竞 争力 ， 资料 少 、 文献 少 、 专利 少是典型 的劣 势特 １干气密封工艺的工作原理 征。 １ ． １原 理 分析 其次 ， 密 封 材 料 性 能 较 差 。 国 内一 些 企 业 通 过 购 买 专 利 技 密封 工艺 虽然不 是现 代工业 中领先 的技术 构成 ， 但 往往发 挥着 关键性 作用 ， 如 在航天航 空 、 军事 国防 、 核能 等高科 技应用 术 生 产干 气密封 设 备 ， 但 由于 材料 选择 缺 乏科学 标 准 ， 其 产品 领域 ， 以及 化 工 、 石油 、 煤炭 等 国民 支柱 产业 中 ， 密封 工艺 的落 质量 并 不乐 观 。 从检 测 结果 来 看 ， 普遍 存 在 材料 不 稳 定 的特 后会造 成整体技 术性的功能 滞后 。 点， 对耐 腐蚀性 、 耐酸碱 性等不能满 足要求 。 单 纯 地就 轴端 密封 技 术而 言 ， 我 国 经历 了迷 宫密封 、 浮 环 再次 ， 产品结构 陈 旧落后 。国 内工业体 系中 的密封结 构大 密封 、 机械 密 封和 干 气密封 几个 重要 阶 段 ， 其 中干 气密封 的 优 多没有进 行更新 ， 甚至停 留在上 世纪 ５ ０ 年代 ， 缺乏对 新科技 、 新 技术和 新工艺 的认知 应用 。造成这 问题 的原 因 ， 与我 国密封产 势 明显强于其 他密封形式 。 从工 作原理 角度分 析 ， 干气 密封工 艺其 实是 一种 润滑性 气 品的生产 条件和 固有工艺落后 有关 。 干 气密封 技术 的显著特 点是非 接触性 ， 由于 密封 内部 的端 膜 流体 的动静压 力结 合形式 、 非 接触式 机械 密封与 气体 阻塞密 整体 的 辅助 系统 实施 简单 ， 因此 得到 了快 封 的 结合 。 在构 成上 包括 外 环 （ 动环） 、 静环、 ０形环 、 弹簧 、 转 面不 存在 任 何摩擦 ， 轴、 组 装套 等 ， 工作频 度较 高的是 动环和静 环 ， 通过在 端面 上的 速的推 广和 应用 ； 同时 ， 干 气密封 的免 维修期较 长 ， 使 用寿命 周 均匀分布 浅槽配合 。 期可 观 ， 不 需要 额 外的 润滑 剂和 冷却 系统 ， 可 以有效 节约 生 产 减少 工业 系统 的介 质复杂度 。 以较 为常 见的螺旋 槽面 干气 密封 工艺 为例 ， 当密封部 分发 成本 ， 生旋 转时 ， 密封 气体 被 吸入到 螺旋 槽 内 ， 径 向分量 从 外径 向 中 从 未来 的发展趋 势来 看 ， 主要 工作将 集 中在 干气 密封总 体 间流 动 ， 随 即密 封坝 开始 限制 气流 向低 压 侧运 动 ， 整 个旋 转槽 设计 结 构 、 材料 和 计算 理论 三个 方面 ； 对泄 漏量 控制 提 出 了更 面被 压缩 ； 而在 干 气密封 轴承 端 的槽根 部 位 ， 此 时形 成 了高压 高 的要求 ， 同时 要求 环保效 能提升 ， 提 高流体 机械效 率 ， 并 最大 局部 区 ， 在 气膜 产生 的 开启 力和弹 簧 、 介 质之 间达 到 闭合 力平 限度 的降低能量 损耗 。 衡， 从而形成 非接触 型密封运转 。 ３ 结 语 １ ． ２结构 分析 截至 目前 ， 干 气密 封工 艺在 我 国经历 了 ４ ０多年 的发 展 ， 以 干 气密封 结构 设计取 决于 气体的 组成成 分 ， 也受到 气体压 优越 的性能 得到 了工业生 产 领域 的肯 定 ， 尤 其在 化 工 、 石化 等 力、 工艺情 况 和生 产环 境 的影 响 ， 尤其 对 工业生 产 中的副 产 品 行 业 的压 缩 机 中较 为 普 遍 。同 时 ， 由于 市 场 经济 环 境下 的影 和废 弃 物有 较 多的 限制 要求 。按 照我 国 当前普 遍采 用 的干 气 响 ， 干 气密封 设备 的价 格 与传 统密 封设 备持 平 ， 开 始成 为 未来 密封 形式 ， 主 要有 三种类 型 ， 分 别是单 端面 密封结构 、 双 端面 密 应 用领域 的主流 。 封结 构和 串联式 密封结构 。 参 考文献 ： 其中， 单端 面密 封结 构也 被称 之 为单 级密 封 ， 广 泛地 应 用 【 １ 】 杨 富来． 干 气 密封技 术及 实 际应 用『 Ｊ ］ ． 石 油化 工设 备 技 在 各类 压缩 机 中 ， 如空 气 、 氮气、 二 氧化碳 等 ， 具 有很 高 的稳 定 术 ， ２ ０ ０ ４ ， ０ ３ ： ６ ３ — ６ ６ ＋ ７ ． 性， 一 些 小型 化工 企业 内部 使 用较 为合适 ， 对于 危 险性较 小 的 ［ ２ ］ 杨 惠 霞， 王 玉 明． 泵 用干 气 密封技 术及 应用研 究ｌ Ｊ １ ． 流体 副产 品气体允许 有一定 的泄露 。 机械， ２ ０ ０ ５ ， ０ ２ ： １ — ４ ＋ １ ３ ． 双端面 密封结 构要 求选择 压力较 高的缓 冲介 质 ， 或者生 产 ［ ３ ］ 刘 亚莉， 赵丽 丽， 张 强， 董 华东， 戚 俊清． 干 气 密封 技术研 究 中缓 冲气体 带有 危害性 ， 应 该考 虑使用这 种设计 。压 缩机在 真 【 Ｊ Ｊ ． 郑 州轻工业 学院学报ｆ 自然科 学版） ， ２ ０ １ ０ ， ０ ２ ： ５ １ － ５ ４ ． 空 环境 的运 转 中采 用双 端面 密封 工艺 可 以提供 性能 可 靠的 密 【 ４ 】 樊帆， 张琳琳． 干 气 密封 的历 史及发 展趋势［ Ｊ ］ ． 河 南科技 ， 封 系统 ， 确 保有毒 气体 、 易燃易爆气 体的不外泄 。 ２ ０ １ ４ ， １ ８ ： １ ２ ３ — １ ２ ４ ． 串联式 密封结 构应 用 十分 普遍 ， 较为 经济 适 用 ， 操 作工 序 作者简介 ： 张云洪 （ １ ９ ８ ８ 年一 ） ， 女， 黑龙江省绥化市 ， 本科学历 ， 也 十分 简单 ， 其一 般形 式是 采 用 多个干起 密 封端 体首 尾相 连 ， 现任副操 ， 助理工程师。 分级 承担 密封 负载 。这种形 式没有 一定 的应用标 准 ， 可以根 据 具 体工 业生 产 需求 来设 计规 模 。但 通常 情况 下会 采用 两级 划 分 的格 局 ， 第 一级 用 来承 受全 部压 力和 负载 ， 第二 级作 为备 用
浅谈一种新型气承式气膜在封闭储煤场跨越堆取料机的新工艺
浅谈一种新型气承式气膜在封闭储煤场跨越堆取料机的新工艺发布时间：2023-02-17T02:46:40.452Z 来源：《中国建设信息化》2022年10月19期作者：李东明 1 、黄仲熹1、王森森2、盛小龙1、尚明2[导读] 本文拟以陕西延长石油富县电厂气膜封闭项目为例来阐述气膜在跨斗轮机的工艺李东明 1 、黄仲熹1、王森森2、盛小龙1、尚明21、陕西延长石油富县发电有限公司，陕西延安7275022、中成空间（深圳）智能技术有限公司，广东深圳518000摘要：气承式气膜室一种新型的建筑结构，是以一种特殊的高性能材料为建筑“外壳”，通过风压加压系统，使膜内外产生压力差，形成支撑力，从而支撑起整个气膜的建筑结构，通过外部加装交叉网索，使其结构不仅能满足一定的柔软活动性，同样保障其刚度及结构稳定性；随着“双碳”政策的公布，环保要求也越来越严，要求所有的露天煤场在短时间煤及时进行封闭，以达到减排、降排的目的；气膜建筑以其跨度大、施工周期短、经济环保等特点在工业领域露天煤场行业高速发展；本文拟以陕西延长石油富县电厂气膜封闭项目为例来阐述气膜在跨斗轮机的工艺关键词：气膜、跨斗轮机、传统工艺、新工艺引言：随着环保要求日益严格，为确切落实“双碳”政治任务指标，各大露天煤场纷纷被要求进行全覆盖封闭，因传统封闭结构封闭造价成本高、施工周期长、安全风险大等原因，大部分企业选择使用一种新型的气承式气膜结构进行封闭；但是在施工过程中往往会遇到煤场内存在斗轮机等大型设备，施工过程中会影响施工进度，延长封闭周期，对整个煤场封闭带来很大的不便，本文就气膜在封闭储煤场跨越堆取料机的工艺进行阐述，寻找出一种快捷、便利、安全的施工工艺。
一、项目概况陕西延长石油富县电厂2×1000MW工程位于陕西省富县张村驿镇曹村境内。
本工程厂内设置两座条形煤场, 堆煤高度13.5米，总贮量约20万吨，满足2×1000MW机组BMCR工况下15天的耗煤量。
柔性端面气膜密封流场分析及密封特性研究
第３３卷第６期中国机械工程V o l ．３３㊀N o ．６２０２２年３月C H I N A M E C HA N I C A LE N G I N E E R I N Gp p．６５６Ｇ６６３柔性端面气膜密封流场分析及密封特性研究徐㊀洁㊀俞树荣㊀严如奇㊀丁雪兴㊀王世鹏㊀丁俊华兰州理工大学石油化工学院,兰州,７３００５０摘要:提出一种航空发动机主轴承端适用密封 柔性端面气膜密封.通过对三种密封端面变形情况下的压力控制方程进行求解,获得密封气膜微尺度流场特性的演变规律,并探讨关键密封性能参数与工况条件的相关性.研究结果表明:柔性端面在带压气膜的作用下发生变形,其中波箔片的变形起主导作用,平箔片的影响可忽略不计;相较于刚性端面,柔性端面可有效增大气膜开启力,同时泄漏量也增大;在不同进出口压力比㊁转速以及初始气膜厚度下,二者部分密封特性呈现出不同的变化趋势,间隙楔形效应使柔性端面的黏性摩擦力矩和气膜刚度变化率均小于刚性端面的相应数值.通过研究结果推断,柔性端面结构可在高速低压工况下具有更稳定的综合密封性能.关键词:柔性箔片;端面变形;有限差分法;密封特性;数值分析中图分类号:T H １３６D O I :１０．３９６９/j ．i s s n ．１００４ １３２X．２０２２．０６．００４开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):F l o wF i e l dA n a l y s i s a n dS e a l i n g Ch a r a c t e r i s t i c sR e s e a r c ho f F l e x i b l eE n d F a c eG a s F i l mS e a l sX UJ i e ㊀Y US h u r o n g ㊀Y A N R u q i ㊀D I N G X u e x i n g ㊀WA N GS h i p e n g㊀D I N GJ u n h u a C o l l e g e o f P e t r o c h e m i c a lT e c h n o l o g y ,L a n z h o uU n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y,L a n z h o u ,７３００５０A b s t r a c t :Af l e x i b l e e n d f a c e g a s f i l ms e a lw a s p r o p o s e d f o r a e r o Ｇe n g i n e s h a f t e n ds e a l s ．B y so l Ｇv i n g t h e p r e s s u r e g o v e r n i n g e q u a t i o n s u n d e r t h r e e k i n d s o f s e a l i n g en d f a c e d e f o r m a t i o n ,t h e e v o l u t i o n l a wo f t h em i c r o Ｇs c a l e f l o wf i e l d c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e s e a l i n gga s f i l m w a s ob t a i n e d ,a n d t h ec o r r e l a Ｇt i o nb e t w e e n t h ek e y s e a l i n gp e r f o r m a n c e p a r a m e t e r s a nd t h ew o r k i n g c o n d i t i o n sw a sd i s c u s se d ．T h e r e s e a r c h r e s u l t s s h o wt h a t t h ef l e x i b l ee n df a c e i sd e f o r m e du n d e r t h ea c t i o no f t h ec o m pr e s s e d g a s f i l m ,a m o n g w h i c h t h e d e f o r m a t i o n o f t h e c o r r u g a t e d f o i l p l a y s a l e a d i n gr o l e ,a n d t h e i n f l u e n c e o f t h e f l a t f o i l i s n e g l i g i b l e ．C o m p a r e d t o t h e r i g i d e n d f a c e ,t h e f l e x i b l e e n d f a c em a y e f f e c t i v e l yi n c r e a s e t h e o p e n i n g f o r c e s o f t h e g a s f i l m ,a n dt h e l e a k a ger a t ea l s o i n c r e a s e s ．U n d e rd i f f e r e n t i n l e ta n do u t l e t p r e s s u r e r a t i o s ,s p e e d s a n d i n i t i a l g a s f i l mt h i c k n e s s ,t h e s e a l i n g ch a r a c t e r i s t i c s o f t h e t w o s i t u a t i o n s s h o wd i f f e r e n t t r e n d s ,t h e g a p w e d g e e f f e c t i v e n e s sm a k e s t h e v i s c o u s f r i c t i o n t o r qu e a n d g a s f i l ms t i f f Ｇn e s s c h a n g e r a t e o f t h e f l e x i b l e e n d f a c e b o t h a r e s m a l l e r t h a n t h a t o f t h e r i gi d e n d f a c e ．I n f e r r e d f r o m t h e r e s e a r c h r e s u l t s ,t h e f l e x i b l e e n d f a c e s t r u c t u r em a y h a v e am o r e s t a b l e c o m p r e h e n s i v e s e a l i n g pe r Ｇf o r m a n c eu n d e r h igh Ｇs p e e d a n d l o w Ｇpr e s s u r e c o n d i t i o n s ．K e y wo r d s :f l e x i b l e f o i l ;e n d f a c ed e f o r m a t i o n ;f i n i t ed i f f e r e n c em e t h o d ;s e a l i n g c h a r a c t e r i s t i c s ;n u m e r i c a l a n a l ys i s 收稿日期:２０２１０５０６基金项目:国家重点研发计划(２０２０Y F B ２００２９８);宁波市 科技创新２０２５ 重大专项(２０２０１Z D Y F ０２００３１)０㊀引言航空发动机通过燃烧燃料喷气产生推力,转子在复杂气流作用下高速旋转[１Ｇ２].现阶段使用的发动机主轴承刚性端面气膜密封自适应能力较差,在高空多姿态变化运行方式下极易发生摩擦磨损,最终导致密封系统失效[３Ｇ５].柔性端面气膜密封作为一种新型的高性能密封技术,因其特殊的密封端面结构,可在热作用和力作用的耦合效应下保证优良的密封性能和可靠的稳定性,提高机组的运行效率,减少运行成本.MU N S O N等[６Ｇ７]描述了箔片式气体推力轴承和传统端面密封结构混合设计的发展现状,指出虽然柔性箔片密封较传统端面密封表现出极好的抗变形能力,但为了达到这一目的牺牲了对泄漏的要求.H E S HMA T [８]提出了至少包含一个光滑弹性箔片和一个具有刚度的拱形箔片的密封件结构,此后又开发了针对航空航天㊁新型氢气离心机应用的箔片密封[９Ｇ１０],它可以适应大型系统热载荷等导致的机械偏移,并且在各种测试条件下的性能评估结果表明该种结构泄漏的可能性极低.A G R AWA L 等[１１]申请了一种适用于燃气涡轮发动机新型流体动力的箔片密封专利,该种密封主６５６ Copyright ©博看网. All Rights Reserved.要由包含弹簧系统和具有造型结构的柔性顶箔构成,因其弹性的端面结构使得组件可在轴向发生位移,这使其可极大程度地适应轴向的偏移和端面的变形.S A L E H I等[１２]提出了一种考虑湍流效应的高速柔性气体箔片密封流体流动分析方法,该方法考虑了流动边界的滑移性㊁流体的可压缩性以及剪切引起的周向流和压力驱动的轴向流的耦合而引起的非线性影响,并优化了耦合求解流场和流膜厚度控制方程的逐次超松弛法,加快了数值求解时的收敛速度.近年来,国内学者也进行了相关研究,X I N等[１３]利用A N S Y S软件对铝箔密封在加热温度场中的传热特性进行了仿真分析,并根据热Ｇ温度场的分布特点判断铝箔密封的密封状态,为优化非接触式密封试验提供了理论依据.WA N G等[１４]获得了柔性箔柱面气膜密封可压缩流场中的压力分布,并分析了密封结构和操作参数对密封性能和动态参数的影响规律,对比发现,柔性结构的引入有利于提高整体密封性能,且在槽长比为０．６时效果最佳.这些研究可用于预测航空发动机的运行性能.陈源等[１５Ｇ１６]和康宇驰等[１７]为提高气膜密封的耐冲击能力,增强气膜开启力,提出了多种采用柔性支撑的箔片密封结构.可见,现阶段针对柔性箔片端面气膜密封的研究大多是针对航空航天应用环境进行的制造方法和试验测试的研究.国内已有柔性箔的柱面气膜密封性能研究的相关报道,但关于柔性端面气膜密封的结构设计和指导理论极少.本文以柔性箔片端面气膜密封为研究对象,针对不考虑波箔片和平箔片变形㊁考虑波箔片变形㊁同时考虑波箔片和平箔片变形三种密封端面变形情况建立数学模型,对比分析不同端面变形模型和工况参数对微尺度流场的压力分布和密封特性的影响规律.１㊀理论模型１．１㊀几何模型图１a为柔性端面气膜密封结构示意图,它主要由密封静环㊁密封动环㊁辅助密封圈㊁密封腔体㊁弹簧等构成,其中,密封静环为柔性端面,由顶层弹性平箔片和底层起支承作用的弹性波拱形箔片组合形成,密封动环为光面.当密封系统高速运转时,波箔片和平箔片受到带压黏性气体的作用,在周向㊁径向均发生变形,且由于密封环外径处的介质压力高于密封环内径处的大气压力,柔性静环端面发生不均匀变形,如图１b所示,柔性静环端面与刚性动环端面间形成楔形状间隙产生动压效应,从而形成具有一定刚度的气膜,将顶层箔片推开分离摩擦副实现非接触密封,达到气体润滑的目的.(a)结构示意图(b)柔性端面变形图１㊀柔性端面气膜密封F i g．１㊀F l e x i b l e e n d f a c e g a s f i l ms e a l １．２㊀压力控制方程除等温条件外,本文还作出以下假设:①介质为牛顿流体,流动中不存在涡流和湍流;②因气膜厚度为微米级,压力在厚度方向保持不变;③不考虑密封端面粗糙度的影响;④相较于密封静环的变形,密封动环可视为不发生变形;⑤密封端面气固界面速度一致,无速度滑移;⑥忽略体积力的影响.化简后,获得柱坐标下描述柔性端面气膜密封微尺度流场内的压力求解模型,如下式所示:１r２∂∂θ(p h３∂p∂θ)＋１r∂∂r(r p h３∂p∂r)＝６ωμ∂(p h)∂θ㊀(１)式中,r为任意一点的半径,mm;θ为任意一点角度坐标; p为任意一点的流场压力,P a;h为任意一点的气膜厚度,μm;ω为动环旋转角速度,r a d/s;μ为介质黏度,P a s.１．３㊀气膜厚度控制方程柔性端面气膜密封的气膜厚度由平均气膜厚度和柔性密封端面的变形共同决定,而柔性密封端面的变形除受到气膜流场的影响外,还取决于顶层平箔片和底层波箔片的材料选择㊁结构参数等.本文通过等效刚度模型描述柔性密封端面的变形[１８],可得气膜厚度控制方程如下:h＝h０＋α(p－p o)(２)式中,p o为出口压力,P a;h０为初始平均气膜厚度,μm;α为柔度系数,m/P a.７５６柔性端面气膜密封流场分析及密封特性研究 徐㊀洁㊀俞树荣㊀严如奇等Copyright©博看网. All Rights Reserved.当密封端面不发生变形时,即视为刚性密封端面,此时α＝０(３)当柔性密封端面仅波箔片发生变形时α＝s kb(４)式中,k b为波箔片的单位刚度系数,N/m２;s为节距, mm.当柔性密封端面波箔片和平箔片均发生变形时,采用等效弹簧的综合刚度模型进行计算,即将平箔片和波箔片分别假设为刚度均布的线性弹簧,并采用并联的方式布置获取整体刚度模型[１９]:α＝１k bs＋k p(５)式中,k p为平箔片的刚度系数,N/m３.波箔片的单位刚度系数可由下式[２０]计算:k b＝E b t３b２l３(１－ν２b)(６)式中,E b为波箔片弹性模量,P a;t b为波箔片厚度,mm;νb为波箔片泊松比;l为弦长的一半,mm.平箔片的抗弯刚度系数可由下式[２１]计算:D p＝E p t３p１２(１－ν２p)(７)式中,D p为平箔片抗弯刚度,N m;E p为平箔片弹性模量,P a;t p为平箔片厚度,mm;νp为平箔片泊松比.１．４㊀边界条件进出口压力边界条件为p＝p o r＝r op i r＝r i {(８)㊀㊀周期边界条件为pθ＝０＝pθ＝２π/n(９)式中,r i为密封环的内径,mm;p i为入口压力,P a;n为润滑气膜沿径向的划分个数,即周期数,选取角度为６０ʎ的计算域进行计算,即n＝６.１．５㊀密封特性参数定义进出口压力的比值λ＝p i po(１０)㊀㊀柔性端面气膜密封的气膜开启力F o㊁质量泄漏率Q m㊁黏性摩擦力矩M f以及气膜刚度K z是评价密封性能的关键参数,其计算式分别如下:F o＝ʏ２π０ʏr o r i p r d r dθ(１１)Q m＝ʏ２π０ʏh０ρ１２μ∂p∂r(z２－z h)r d z dθ(１２) M f＝ʏ２π０ʏr o r i(－h２r∂p∂θ＋μωr h)r２d r dθ(１３)K z＝F o h－(１４)式中,ρ为介质密度,k g/m３;z为任意一点的轴向位置,μm;h－为平均气膜厚度,μm.２㊀结果与讨论根据以上数学模型,采用表１所示的柔性端面气膜密封几何参数,密封介质为空气,并设置相应的边界条件,采用有限差分法和迭代法对考虑端面变形的流体动力润滑方程与气膜厚度控制方程进行耦合求解,并对流场分布和密封特性进行分析讨论,具体求解计算流程如图２所示.表１㊀柔性端面气膜密封几何与力学性能参数T a b．１㊀G e o m e t r i c a l a n dm e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o ff l e x i b l e e n d f a c eg a s f i l ms e a l参数数值内半径r i(mm)５８．４２外半径r o(mm)７７．７８平均气膜厚度h０(μm)１．２０波箔片厚度t b(mm)０．３６平箔片厚度t p(mm)０．２０波箔片泊松比νb０．３平箔片泊松比νp０．３波箔片弹性模量E b(P a)２ˑ１０１１平箔片弹性模量E p(P a)２ˑ１０１１节距s(mm)４．６０弦长２l(mm)４．４０图２㊀数值计算流程图F i g．２㊀F l o wc h a r t o f n u m e r i c a l c a l c u l a t i o n ２．１㊀程序验证２．１．１㊀流场求解模型验证为验证本文流场计算理论和程序编写的正确性,选择文献[２２Ｇ２３]的结构参数和工况参数验证８５６中国机械工程第３３卷第６期２０２２年３月下半月Copyright©博看网. All Rights Reserved.气膜压力和气膜厚度耦合求解的正确性,对比分析气膜开启力,结果如图３所示.图３㊀计算模型与程序验证F i g ．３㊀C o m p u t a t i o n a lm o d e l a n d p r o gr a mv e r i f i c a t i o n 由图３可以看出,采用相同的参数,本文与文献[２２Ｇ２３]的计算结果变化趋势基本一致,随着平均气膜厚度的增大,气膜开启力增大,最大相对误差为５．５５％,最小相对误差为１．７４％,以上结果证明本文的计算模型和程序具有一定的可靠性.２．１．２㊀刚度求解模型验证箔片密封端面的刚度计算可借鉴箔片轴承,采用文献[２４]中的结构参数,文献[２４]中箔片柔度值为１．０９８ˑ１０－１０m /P a,本文计算结果为１．０９７９３２ˑ１０－１０m /P a,二者计算结果相近.同时,文献[２４Ｇ２５]采用该刚度模型设计弹性箔片止推轴承时,验证了与其他学者的所有计算误差均小于３％,吻合程度较高,这表明本文采用的刚度模型具有一定的有效性.２．２㊀气膜压力和气膜厚度分布采用以上结构参数,设置进出口压力比为３,转速为３００００r /m i n ,计算获得一个周期内的气膜厚度分布和气膜压力分布如图４和图５所示.㊀㊀㊀㊀㊀㊀(a )无变形㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(b )波箔片变形㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(c)波箔片和平箔片变形图４㊀气膜厚度分布图F i g ．４㊀G a s f i l mt h i c k n e s s d i s t r i b u t i o nd i a gr am ㊀㊀㊀㊀㊀㊀(a )无变形㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(b )波箔片变形㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(c)波箔片和平箔片变形图５㊀气膜压力分布图F i g ．５㊀G a s f i l m p r e s s u r e d i s t r i b u t i o nd i a gr a m ㊀㊀由图４a 发现,端面不发生变形时,静环端面和动环端面保持平行,气膜等厚度分布.对比图４b 和图５b ㊁图４c 和图５c 发现,气膜压力的分布与气膜厚度的分布呈正相关性,这是因为柔性端面的变形与气膜压力的分布呈正相关性,柔性端面在气膜压力的作用下发生变形,气膜压力较大区域对应的端面变形较大,气膜厚度较大.对比图４b 和图４c 发现,两种端面变形情况下气膜厚度分布基本一致,最小气膜厚度为１．５３μm ,最大气膜厚度为３．１４μm .可见,在该种工况下,平箔片的变形对气膜厚度产生的作用很小,其主要影响因素为波箔片的变形,因而对应图５b 和图５c 压力趋向相同.在下文中,柔性端面是指考虑波箔片和平箔片均变形的端面变形情况.由图５的气膜压力分布图可以看出,三种端面变形情况下,气膜压力均随着径向半径的减小而减小,最大气膜压力出现在密封环外径处,即压力进口处的介质压力,最小气膜压力出现在密封环内径处,即压力出口处的环境大气压力.对比图５a ㊁图５b ㊁图５c 发现,相较于不考虑端面变形９５６ 柔性端面气膜密封流场分析及密封特性研究徐㊀洁㊀俞树荣㊀严如奇等Copyright ©博看网. All Rights Reserved.的情况,端面的变形延缓了压力的下降,有利于气膜压力的增大,这是由于基于介质压差以及气体黏性的共同作用,在整周的柔性密封端面内,变形程度从外径至内径递减,形成径向楔形效应,从而增大气膜压力[２６Ｇ２７].２．３㊀进出口压力比对密封特性的影响进出口压力比范围为１．２５~３．７５,转速为３００００r/m i n,保持其他参数不变,得到刚性端面和柔性端面气膜密封的密封特性参数随进出口压力比的变化规律,如图６所示.(a)气膜开启力与质量泄漏率(b)黏性摩擦力矩与气膜刚度图６㊀密封特性参数随进出口压力比的变化规律F i g．６㊀V a r i a t i o no f s e a l i n g c h a r a c t e r i s t i c p a r a m e t e r sw i t h i n l e t/o u t l e t p r e s s u r e r a t i o分析图６a可知,气膜开启力随着进出口压力比的增大明显增大,进口压力增大,整体流动气膜的压力升高,在该变化范围内,最大柔性端面开启力为２６５７．７０N,相较刚性端面增幅为１４．７０％,柔性端面的楔形效应在进口压力增大的情况下愈加明显,柔性端面气膜开启力较刚性端面的数值和增大速率更大.进出口压力比增大,介质气体沿径向方向的泵送量增大,质量泄漏率随之增大[２８],柔性端面随着进出口压力的增大而发生较大变形,气膜厚度增大,泄漏通道增大,使得柔性端面质量泄漏率呈抛物线式上升,当进出口压力比为１．２５和３．７５时,柔性端面气膜密封的质量泄漏率分别约为相同压力条件下刚性端面气膜密封的１．７０倍和２９．１５倍.观察图６b,进出口压力比对气膜流场内的剪切流影响较小,因而进出口压力比增大,刚性端面的黏性摩擦力矩不发生变化,其值为１．８５N m.柔性端面的黏性摩擦力矩随进出口压力比的增大反而减小,进出口压力比越大,柔性端面变形越大,沿气膜厚度方向的速度梯度减小,在进出口压力比为３．７５时有最小值０．８６N m.二者气膜刚度均随进出口压力比的增大而增大,由于端面变形弱化了介质压力增大带给气膜刚度的积极作用,因而柔性端面的气膜刚度大小和增长速率均小于刚性端面的气膜刚度大小和增长速率.２．４㊀转速对密封特性的影响密封系统转速范围为１００００~６００００r/m i n,进出口压力比为３,保持其他参数不变时,得到刚性端面和柔性端面气膜密封的密封特性参数随转速的变化规律如图７所示.(a)气膜开启力与质量泄漏率(b)黏性摩擦力矩与气膜刚度图７㊀密封特性参数随转速的变化规律F i g．７㊀V a r i a t i o n l a wo f s e a l i n g c h a r a c t e r i s t i c p a r a m e t e r sw i t h r o t a t i n g s p e e d分析图７a得知,转速增大,周向速度增大,而气膜开启力主要取决于进出口压差引起的流域内０６６中国机械工程第３３卷第６期２０２２年３月下半月Copyright©博看网. All Rights Reserved.压力分布,质量泄漏率主要取决于径向速度,因此刚性端面与柔性端面的气膜开启力和质量泄漏率随转速的增大基本不发生改变,采用柔性端面使得气膜开启力相对增大了１２．５１％,质量泄漏率增大１４．９４倍,这说明柔性端面能够获得较大的气膜开启力,但是达到这一目的是以牺牲泄漏量为代价的.结合密封特性随进出口压力比和转速的变化规律可以发现,柔性端面密封结构较刚性端面密封结构更适用于高速低压环境下对泄漏量要求不苛刻的运行条件.由图７b可以看出,转速对黏性摩擦力矩的影响较为明显,且黏性摩擦力矩随转速的增大线性递增,在转速为６００００r/m i n时,最大刚性端面黏性摩擦力矩为３．６９N m,大于同转速下柔性端面的黏性摩擦力矩１．６６N m.这是因为随着转速的增大,二者的周向速度均增大,但由于柔性端面在带压气膜的作用下发生变形,气膜厚度增大,沿厚度方向的速度梯度较小,黏性摩擦力矩较小.这表明柔性端面的使用在一定程度上有利于削弱由于黏性摩擦作用引起的热效应对机组的影响,相应地由于黏性摩擦而损失的功耗也减小[２９Ｇ３０],因而对高转速㊁变转速以及温度波动大的工况环境有较强的适应性.随着转速增大,刚性端面和柔性气膜刚度分别为１５．７７ˑ１０８N/m和６．８１ˑ１０８N/m,大小基本不发生变化,但刚性端面气膜刚度一直保持优于柔性端面气膜刚度的状态,可见相较于气膜开启力的作用,气膜厚度对气膜刚度的影响较小.２．５㊀平均气膜厚度对密封特性的影响平均气膜厚度范围为１．００~２．００μm,转速范围为３００００r/m i n,进出口压力比为３,保持其他参数不变,得到刚性端面和柔性端面气膜密封的密封特性参数随平均气膜厚度的变化规律如图８所示.从图８a中可以看出,初始气膜厚度在１．００~２．００μm范围内增大时,刚性端面气膜开启力保持在１８９３．４０N不发生改变,而柔性端面气膜开启力随气膜厚度增大而减小,但在下降趋势下仍可保证柔性端面气膜开启力大于刚性端面气膜开启力.进一步观察可以发现,柔性端面压力流主导引起的厚度变化仍无法保证像刚性端面密封一样较小的泄漏量,如初始气膜厚度为１．９０μm时,刚性端面的泄漏率为６．２５ˑ１０－３g/s,而柔性端面为４．７３ˑ１０－２g/s.如图８b所示,在相同的转速和压力条件下,(a)气膜开启力与质量泄漏率(b)黏性摩擦力矩与气膜刚度图８㊀密封特性参数随平均气膜厚度变化规律F i g．８V a r i a t i o no f s e a l i n g c h a r a c t e r i s t i c p a r a m e t e r sw i t ha v e r a g e f i l mt h i c k n e s s初始气膜厚度增大,黏性摩擦力矩逐渐减小,且柔性端面黏性摩擦力矩随初始气膜厚度增大呈现减小的趋势,这是由于膜厚的增大,柔性端面的楔形效应减弱,流速减小,导致气膜摩擦力减小[３１].另外,气膜刚度与黏性摩擦力矩随初始气膜厚度变化的规律一致,但相比于刚性端面的下降速率５０．００％,柔性端面气膜刚度下降速率仅为２７．５０％,这说明柔性端面对密封间隙的变化更具有包容性,可在运行过程中保持较强的抗干扰能力和较好的气膜稳定性,在一定程度上减少端面发生碰摩的机率.３㊀结论(１)柔性端面在带压气膜的作用下发生变形,气膜厚度增大,其中平箔片的变形对气膜厚度产生的作用很小,主要影响因素为波箔片的变形.相较于刚性端面,柔性端面的间隙楔形效应延缓了压力的下降,使得气膜开启力增大,但柔性端面为达到这一目的牺牲了泄漏量.(２)刚性端面和柔性端面的气膜开启力随进出口压力比的增大而线性增大,而刚性端面的质１６６柔性端面气膜密封流场分析及密封特性研究 徐㊀洁㊀俞树荣㊀严如奇等Copyright©博看网. All Rights Reserved.量泄漏率和黏性摩擦力矩变化幅度很小. (３)转速增大时,刚性端面和柔性端面的气膜开启力㊁质量泄漏率和气膜刚度基本保持不变,而刚性端面的黏性摩擦力矩明显大于柔性端面的黏性摩擦力矩.(４)初始气膜厚度增大,刚性端面和柔性端面的质量泄漏率均呈增大趋势,气膜开启力㊁黏性摩擦力矩和气膜刚度均呈减小趋势,且柔性端面表现出更好的气膜稳定性.未来研究还需结合适当的工况范围,在减少泄漏和增大刚度方面进行优化匹配设计,这样才能保证充分发挥柔性端面结构的优点.参考文献:[１]㊀刘大响,陈光．航空发动机 飞机的心脏[M]．北京:航空工业出版社,２００３．L I U D a x i a n g,C H E N G u a n g．A e r o E n g i n e t h eH e a r to f A i r c r a f t[M]．B e i j i n g:A v i a t i o n I n d u s t r yP r e s s,２００３．[２]㊀HU P PR E,H E N D R I C K S R C,L A T T I M ESB,e t a l．S e a l i n g i nT u r b o m a c h i n e r y[J]．J o u r n a l of P r oＧp u l s i o na n dP o w e r,２００６,２２(２):３１３Ｇ３４９．[３]㊀王泓然,张栋善．航空发动机密封技术研究[J]．科学咨询(科技 管理),２０１８(６):５２．WA N G H o n g r a n,Z HA N G D o n g s h a n．R e s e a r c ho nA e r oＧe n g i n eS e a l i n g T e c h n o l o g y[J]．T e c h n o l o g y&M a n a g e m e n t,２０１８(６):５２．[４]㊀陈进．离心式压缩机干气密封系统常见故障及处理对策[J]．江汉石油职工大学学报,２０１８,３１(２):４２Ｇ４４．C H E NJ i n．U s u a lH i t c ha n dT r e a t m e n t o fD r y G a sS e a l S y s t e mi nC e n t r i f u g a lC o m p r e s s o r[J]．J o u r n a lo f J i a n g h a n P e t r o l e u m U n i v e r s i t y o f S t a f f a n dW o r k e r s,２０１８,３１(２):４２Ｇ４４．[５]㊀王衍,胡琼,肖业祥,等．超高速干气密封扰流效应及抑扰机制[J]．航空学报,２０１９,４０(１０):１１６Ｇ１２５．WA N G Y a n,HU Q i o n g,X I A O Y e x i a n g,e t a l．T u r b u l e n c eE f f e c ta n d S u p p r e s s i o n M e c h a n i s m o fD r y G a sS e a l a tU l t r aＧh i g hS p e e d s[J]．A c t aA e r oＧn a u t i c a e tA s t r o n a u t i c aS i n i c a,２０１９,４０(１０):１１６Ｇ１２５．[６]㊀MU N S O NJH．F o i l F a c eS e a lT e s t i n g[C]ʊN A S A S e a l/S e c o n d a r y A i rS y s t e m W o r k s h o p．W a s h i n g t o nDC,２００８:１３１Ｇ１３７．[７]㊀MU N S O NJH,G R A N TD,A G R AWA LGL．F o i lF a c eS e a l D e v e l o p m e n t[C]ʊ３７t h A I A A/A S M E/S A E/A S E EJ o i n t P r o p u l s i o nC o n f e r e n c e&E x h i b i t．S a l tL a k eC i t y,２００１:３４８３．[８]㊀H E S HMA T H．C o m p l i a n t F o i lS e a l:U S６５０５８３７[P]．２００３Ｇ０１Ｇ１４．[９]㊀H E S HMA T H,WA L T O N J．I n n o v a t i v e H i g hＧt e m p e r a t u r eC o m p l i a n tS u r f a c eF o i lF a c eS e a lD eＧv e l o p m e n t[C]ʊ４４t h A I A A/A S M E/S A E/A S E EJ o i n tP r o p u l s i o n C o n f e r e n c e&E x h i b i t．H a r t f o r d,２００８:４５０５．[１０]㊀H E S HMA T H,R E N Z,HU N S B E R G E R A,e t a l．T h e E m e r g e n c eo fC o m p l i a n tF o i lB e a r i n ga n dS e a lT e c h n o l o g i e s i nS u p p o r to f２１s tC e n t u r yC o m p r e s s o r sa n d T u r b i n e E n g i n e s[C]ʊA S M E２０１０I n t e r n a t i o n a l M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g C o nＧg r e s s&E x p o s i t i o n．V a n c o u v e r,２０１０:９５Ｇ１０３．[１１]㊀A G R AWA LGL,P A T E L K H,MU N S O NJH．H y d r o d y n a m i cF o i lF a c eS e a l:U S７２６１３００B２[P]．２００７Ｇ０８Ｇ２８．[１２]㊀S A L E H IM,H E S HMA T H．A n a l y s i so f aC o mＧp l i a n tG a sF o i l S e a lw i t hT u r b u l e n c eE f f e c t s[C]ʊJ o i n t P r o p u l s i o n C o n f e r e n c e&E x h i b i t．N e wY o r k,２０１３:１Ｇ１１．[１３]㊀X I N C,S U N S,L I U J．S t u d y o n M e c h a n i s m o fH e a t i n g T e m p e r a t u r eF i e l do fA l u m i n u m F o i l S e a l[J]．I O P C o n f e r e n c eS e r i e s M a t e r i a l sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g,２０２０,７８２:０２２０７１．[１４]㊀WA N GX u e l i a n g,L I U M e i h o n g,K A OＧWA L T E R S,e t a l．N u m e r i c a l E v a l u a t i o n o f R o t o r d y n a m i cC o e f f i c i e n t s f o rC o m p l i a n tF o i lG a sS e a l[J]．A pＧp l i e dS c i e n c e s,２０２０,１０(１１):３８２８．[１５]㊀陈源,彭旭东,江锦波,等．一种径向流致开启性增强的箔片端面气膜密封结构:C N２０１８１１２８６１７４．３[P]．２０１９Ｇ０１Ｇ０４．C H E N Y u a n,P E N G X u d o n g,J I A N G J i n b o,e t a l．A n A i rＧf i l m S e a l i ng S t r u c t u r eo nth e F oi lE n dF a c e w i t h E n h a n c e d R a d i a l F l o wＧi n d u c e dO p e n i n g:C N２０１８１１２８６１７４．３[P]．２０１９Ｇ０１Ｇ０４．[１６]㊀陈源,彭旭东,江锦波,等．一种周向流致开启性增强的箔片端面气膜密封结构:C N２０１８１１２８６２１４．４[P]．２０１９Ｇ０１Ｇ０４．C H E N Y u a n,P E N G X u d o n g,J I A N G J i n b o,e t a l．A n A i rＧf i l m S e a l i ng S t r u c t u r eo nth e F oi lE n dF a c e w i t h E n h a n c e d C i r c u m f e r e n t i a l F l o wＧi n d u c e d O p e n i n g:C N２０１８１１２８６２１４．４[P]．２０１９Ｇ０１Ｇ０４．[１７]㊀康宇驰,许冬伟,刘美红,等．一种弹性波箔型柱面气膜柔性支撑结构:C N２０２１１０１４２２２３．１[P]．２０２１Ｇ０４Ｇ１３．K A N G Y u c h i,X U D o n g w e i,L I U M e i h o n g,e t a l．AF l e x i b l eS u p p o r t S t r u c t u r e f o rE l a s t i cW a v eF o i lT y p eC o l u m n a rA i rF i l m:C N２０２１１０１４２２２３．１[P]．２０２１Ｇ０４Ｇ１３．[１８]㊀闫佳佳,刘占生,王铮,等．基于N e w t o nＧR a p h s o n 迭代的动压气体止推箔片轴承特性研究[J]．汽轮２６６中国机械工程第３３卷第６期２０２２年３月下半月Copyright©博看网. All Rights Reserved.机技术,２０１７,５９(２):１１６Ｇ１２０．Y A N J i a j i a,L I U Z h a n s h e n g,WA N G Z h e n g,e t a l．P e rf o r m a n c eA a n a l y s i s o fH y d r o d y n a m i cG a sF o i lT h r u s tB e a r i n g B a s e do nN e w t o nＧR a p h s o n I tＧe r a t i v eM e t h o d[J]．T u r b i n eT e c h n o l o g y,２０１７,５９(２):１１６Ｇ１２０．[１９]㊀赵雪源．新型高阻尼气体箔片轴承及其转子系统的理论和实验研究[D]．长沙:湖南大学,２０１７．Z HA O X u e y u a n．T h e o r e t i c a lA n a l y s i s a n dE x p e r iＧm e n t a l I n v e s t i g a t i o n o n t h e P e r f o r m a n c e o f aN o v e lG a sF o i l B e a r i n g w i t hH i g hS t r u c t u r a l D a m p i n g a n dI t sR o t o r d y n a m i cR e s p o n s e[D]．C h a n g s h a:H u n a nU n i v e r s i t y,２０１７．[２０]㊀H E S HMA T H,WA L OW I T J A,P I N K U S O．A n a l y s i s o f G a s L u b r i c a t e d C o m p l i a n t T h r u s tB e a r i n g s[J]．J o u r n a lo fL u b r i c a t i o n T e c h n o l o g y,１９８３,１０５(４):６３８Ｇ６４６．[２１]㊀夏新沛．箔片气体轴承流场及平箔变形对轴承性能影响的分析[D]．北京:中国科学院研究生院(工程热物理研究所),２０１１．X I A X i n p e i．A n a l y s i so f t h eF l o w F i e l da n dI n f l uＧe n c eo fT o p F o i lD ef o r m a t i o nt o P e r f o r m a n c eo fG a sF o i l B e a r i n g s[D]．B e i j i n g:G r a d u a t eS c h o o l o fC h i n e s eA c a d e m y o fS c i e n c e s(I n s t i t u t eo f E n g iＧn e e r i n g T h e r m o p h y s i c s),２０１１．[２２]㊀刘坤．典型螺旋槽端面干气密封开启性能研究[D]．杭州:浙江工业大学,２０１２．L I U K u n．S t u d y o n t h eO p e n i n g C h a r a c t e r i s t i c s o fD r y G a s S e a l w i t h T y p i c a lS p i r a l G r o o v e s[D]．H a n g z h o u:Z h e j i a n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y,２０１２．[２３]㊀江锦波．高速干气密封端面型槽仿生设计理论与实验研究[D]．杭州:浙江工业大学,２０１６．J I A N GJ i n b o．T h e o r e t i c a l a n dE x p e r i m e n t a l S t u d yo f t h eB i o n i cD e s i g no fG r o o v e dS u r f a c eo f aH i g hS p e e dD r y G a sS e a l[D]．H a n g z h o u:Z h e j i a n g U n iＧv e r s i t y o fT e c h n o l o g y,２０１６．[２４]㊀滕斌,杨启超,王春,等．以制冷剂为工作介质的止推气体轴承静态特性分析[J]．润滑与密封,２０２１,４６(８):５４Ｇ６１．T E N GB i n,Y A N G Q i c h a o,WA N GC h u n．A n a l yＧs i s o fS t a t i cC h a r a c t e r i s t i c so fT h r u s tA i rB e a r i n go fC e n t r i f u g a lR e f r i g e r a t i o n C o m p r e s s o r[J]．L uＧb r ic a t i o nE n g i n e e r i n g,２０２１,４６(８):５４Ｇ６１．[２５]㊀闫佳佳．弹性箔片动压气体止推轴承Ｇ转子系统动力学特性研究[D]．哈尔滨:哈尔滨工业大学,２０１２．Y A NJ i a j i a．R e s e a r c ho nD y n a m i cC h a r a t e r i s t i c s o fC o m p l i a n tF o i lG a s T h r u s tB e a r i n gＧr o t o rS y s t e m[D]．H a r b i n:H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y,２０１２．[２６]㊀邱海涛,陈志,范唯超,等．不等深梯形槽干气密封的研究及槽型优化[J]．机械,２０２０,４７(４):２０Ｇ２６．Q I U H a i t a o,C H E N Z h i,F A N W e i c h a o．O p t i m iＧz a t i o no fU n e q u a lD e p t h T r a p e z o i d a lG r o o v e sf o rD r y G a s S e a l s[J]．M a c h i n e r y,２０２０,４７(４):２０Ｇ２６．[２７]㊀陈志,赵鹏,王金红,等．端面变形锥角对干气密封性能影响的数值模拟[J]．工程科学与技术,２０１８,５０(１):２０３Ｇ２１０．C H E NZ h i,Z HA O P e n g,WA N GJ i n h o n g,e t a l．N u m e r i c a l S i m u l a t i o n o f t h e I n f l u e n c e o f t h eA n g l eo fE n dF a c eG a p o nt h eP e r f o r m a n c eo fD r y G a sS e a l[J]．A d v a n c e d E n g i n g e e r i n g S c i e n c e s,２０１８,５０(１):２０３Ｇ２１０．[２８]㊀严如奇,洪先志,包鑫,等．超临界二氧化碳干气密封相态分布规律与密封性能研究[J]．化工学报,２０２０,７１(８):３６８１Ｇ３６９０．Y A N R u q i,HO N G X i a n z h i,B A O X i n,e t a l．P h a s eＧd i s t r i b u t i o nR e g u l a r i t y a n dS e a l i n g P e r f o r mＧa n c e o fS u p e r c r i t i c a lC a rb o nD i o x i d eD r y G a sS e a l[J]．C I E S CJ o u r n a l,２０２０,７１(８):３６８１Ｇ３６９０．[２９]㊀产文．螺旋槽干气密封端面气膜热效应研究[D]．昆明:昆明理工大学,２０１５．C HA N W e n．S t u d y o nt h eT h e r m a lE f f e c to f t h eA i rF i l mo n t h eE n dF a c e o f t h e S p i r a lG r o o v eD r yG a sS e a l[D]．K u n m i n g:K u n m i n g U n i v e r s i t y o fS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y,２０１５．[３０]㊀马春红．螺旋槽干气密封中低压热动力润滑特性研究[D]．杭州:浙江工业大学,２０１７．MA C h u n h o n g．S t u d y o n T h e r m oＧh y d r o d y n a m i cL u b r i c a t i o n C h a r a c t e r i s t i c so fS p i r a l G r o o v e G a sF a c eS e a l sO p e r a t i n g a tL o wo r M e d i u m P r e s s u r e[D]．H a n g z h o u:Z h e j i a n g U n i v e r s i t y o fT e c h n o l oＧg y,２０１７．[３１]㊀陆俊杰．新型浮动式柱面微槽气膜密封的动力润滑特性研究[D]．兰州:兰州理工大学,２０１８．L UJ u n j i e．S t u d y o nD y n a m i cL u b r i c a t i o nC h a r a cＧt e r i s t i c s o f aN e w F l o a t i n g C y l i n d r i c a lG r o o v eG a sF i l m S e a l[D]．L a n z h o u:L a n z h o u U n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y,２０１８．(编辑㊀王艳丽)作者简介:徐㊀洁,女,１９９３年生,博士研究生.研究方向为流体动密封.EＧm a i l:１８２９８３４７０２８＠１６３．c o m.俞树荣(通信作者),男,１９６２年生,教授㊁博士研究生导师.研究方向为密封和阀门设计技术.EＧm a i l:y u s r＠l u t．e d u．c n.３６６柔性端面气膜密封流场分析及密封特性研究 徐㊀洁㊀俞树荣㊀严如奇等Copyright©博看网. 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2023年非接触式气膜密封行业市场突围建议及需求分析报告
非接触式气膜密封行业市场突围建议及需求分析报告目录申明 (4)一、2023-2028年宏观政策背景下非接触式气膜密封业发展现状 (4)(一)、2022年非接触式气膜密封业发展环境分析 (4)(二)、国际形势对非接触式气膜密封业发展的影响分析 (5)(三)、非接触式气膜密封业经济结构分析 (6)二、非接触式气膜密封行业发展状况及市场分析 (7)(一)、中国非接触式气膜密封市场行业驱动因素分析 (7)(二)、非接触式气膜密封行业结构分析 (8)(三)、非接触式气膜密封行业各因素（PEST）分析 (9)1、政策因素 (9)2、经济因素 (10)3、社会因素 (10)4、技术因素 (11)(四)、非接触式气膜密封行业市场规模分析 (11)(五)、非接触式气膜密封行业特征分析 (11)(六)、 非接触式气膜密封行业相关政策体系不健全 (12)三、2023-2028年非接触式气膜密封产业发展战略分析 (13)(一)、树立非接触式气膜密封行业“战略突围”理念 (13)(二)、确定非接触式气膜密封行业市场定位，产品定位和品牌定位 (13)1、市场定位 (14)2、产品定位 (14)3、品牌定位 (16)(三)、创新力求突破 (16)1、基于消费升级的技术创新模型 (17)2、创新促进非接触式气膜密封行业更高品质的发展 (17)3、尝试格式创新和品牌创新 (18)4、自主创新+品牌 (19)(四)、制定宣传方案 (20)1、学会制造新闻,事件行销－－低成本传播利器 (20)2、学习通过出色的品牌视觉设计突出品牌特征 (21)3、学会利用互联网营销 (21)四、非接触式气膜密封行业政策背景 (22)(一)、政策将会持续利好非接触式气膜密封行业发展 (22)(二)、 非接触式气膜密封行业政策体系日趋完善 (22)(三)、非接触式气膜密封行业一级市场火热,国内专利不断攀升 (23)(四)、宏观经济背景下非接触式气膜密封行业的定位 (23)五、非接触式气膜密封行业财务状况分析 (24)(二)、现金流对非接触式气膜密封业的影响 (27)六、非接触式气膜密封行业竞争分析 (27)(一)、非接触式气膜密封行业国内外对比分析 (28)(二)、中国非接触式气膜密封行业品牌竞争格局分析 (29)(三)、中国非接触式气膜密封行业竞争强度分析 (29)1、中国非接触式气膜密封行业现有企业的竞争 (29)2、中国非接触式气膜密封行业上游议价能力分析 (30)3、中国非接触式气膜密封行业下游议价能力分析 (30)4、中国非接触式气膜密封行业新进入者威胁分析 (30)5、中国非接触式气膜密封行业替代品威胁分析 (30)七、非接触式气膜密封业的外部环境及发展趋势分析 (31)(一)、国际政治经济发展对非接触式气膜密封业的影响 (31)(二)、国内政治经济发展对非接触式气膜密封业的影响 (31)(三)、国内突出经济问题对非接触式气膜密封业的影响 (32)八、非接触式气膜密封成功突围策略 (32)(一)、寻找非接触式气膜密封行业准差异化消费者兴趣诉求点 (32)(二)、非接触式气膜密封行业精准定位与无声消费教育 (32)(三)、从非接触式气膜密封行业硬文广告传播到深度合作 (33)(四)、公益营销竞争激烈 (33)(五)、电子商务提升非接触式气膜密封行业广告效果 (34)(六)、 非接触式气膜密封行业渠道以多种形式传播 (34)(七)、强调市场细分，深耕非接触式气膜密封产业 (34)九、非接触式气膜密封行业多元化趋势 (35)(一)、宏观机制升级 (35)(二)、服务模式多元化 (35)(三)、新的价格战将不可避免 (36)(四)、社会化特征增强 (36)(五)、信息化实施力度加大 (36)(六)、生态化建设进一步开放 (37)1、内生发展闭环,对外输出价值 (37)2、开放平台,共建生态 (37)(七)、呈现集群化分布 (37)(八)、各信息化厂商推动非接触式气膜密封发展 (38)(九)、政府采购政策加码 (39)(十)、个性化定制受宠 (39)(十一)、品牌不断强化 (39)(十二)、互联网已经成为标配“风生水起“ (40)(十三)、一体式服务为发展趋势 (40)(十四)、政策手段的奖惩力度加大 (40)申明中国的非接触式气膜密封业在当前复杂的商业环境下逐步发展，呈现出一个积极整合资源以提高粘连性的耐寒时代。
气体膜技术研究进展
技术推广气体膜技术研究进展刘庆祥张文水(山东科技大学化学与生物工程学院，山东青岛266590)摘要：气体膜技术是利用具有一定特殊性质的功能膜来达到分离、反应、传感、能量转换以及仿生等目的。
随着膜科学技术的迅速发展，气体膜技术受到各企业以及国家的重视与应用，具有广阔的发展前景。
关键词：气体膜技术；分类；应用；展望1气体分离膜1.1压差驱动分离(1)有机高分子膜。
由于各种膜的结构与化学特性的不同，想用统一的理论解释渗透的复杂过程是不可能的。
因而我们通过2种较为典型的膜分离过程介绍其机制。
一是多孔膜，其主要利用各类气体透过多孔膜细孔的速率差异进行分离。
二是非多孔膜，其首先与气体接触，然后气体向膜的表面溶解，导致膜两侧出现压力差，从而使得气体向膜外扩散，实现气体的分离。
目前主要应用于海水淡化、污废处理、医疗、食品、农业、化工等各方面。
(2)无机膜。
顾名思义，其由无机材料制成的半透膜，分为致密膜与与多孔膜2大类:一是致密膜,通过氢的溶解机理透过氢或者离子传导的机理透过氧,从而达到分离的目的;二是多孔膜透过机制与有机高分子膜的多孔膜类似$无机膜技术现在已经趋于成熟，应用已经扩展至食品工业、化学工业、石油化工等领域$1.2浓度差分离(1)渗透蒸发。
渗透蒸发与常规膜分离方式不同,其渗透过程中会出现由液相到气相的相变，当分离物透过膜时，在膜两侧的蒸气分压的作用下，液体混合物部分地蒸发，从而达到分离目的的一种分离技术。
目前主要应用于石油化工、精细化工、医药化工工业$(2)蒸汽渗透$介于渗透蒸发与气体膜分离之间的一种新型膜分离技术,其原理是利用各组分在膜内的溶解与扩散能力的不同，在蒸汽分压差所产生的推动力下，实现混合物的分离。
蒸汽渗透技术在制药、食品、环境工程等工业领域具有广阔的应用前景$(3)液膜分离。
液膜分离是一种新型膜分离技术，其原理利用液膜选择性高与通量大的特点，分别在膜的作者简介：刘庆祥(2000-)，男，山东泰安人，本科在读，研究方向：化学工程。
充气膜结构的研究进展
充气膜结构的研究进展提要：本文从充气膜结构的结构设计原理入手，综述了其形态分析、荷载分析、剪裁分析等方面的研究现状与发展方向。
关键字：充气膜结构;形态分析;荷载分析;剪裁分析充气膜结构是以性能优良的薄膜为材料，通过向薄膜构成的密闭空间内充气，利用空气压力支撑膜面，从而形成具有一定刚度、能够覆盖大跨度空间的结构体系。
由于膜材所特有的非线性力学特点以及膜结构整体所表现的柔性、张力与形态的统一性，其结构设计原理显著区别于传统结构，属于大形变条件下应变和应力问题[1]。
主要包括四个阶段：方案设计、形态分析、荷载分析、剪裁分析。
其中，找形分析是基础，荷载分析是关键，剪裁分析是目标和归宿。
有关充气膜结构的主要研究工作也就集中在这三者之上[2-4]。
1形态分析又称找形分析、找形，目的是寻找满足边界条件和初应力平衡条件的结构形状。
初始平衡态的寻找是形态分析的关键，力密度法、动力松弛法和非线性有限元法是索膜结构初始形态分析的主要方法。
其中，非线性有限元法在我国相关领域内应用最为广泛。
陆鉴恒等人[5]针对膜结构找形中最小曲面的确定问题，采用动力松弛法，对迭代参数进行分析和简化，使迭代参数的简化只跟时间步长有关。
从算例数据可得出，在收敛范围内，迭代次数n随着迭代步时间步Δt的增加大体呈先减少再增加的趋势，最小值在T/4附近。
并发现：a.动态阻尼动力松弛法的两个参数是相互联系的，跟每一时间步质点对应的周期有关；b.参数的取值：虚拟质量为任意常数，时间步长与对应时刻的质点周期对应，取值范围为(0，T/π)，建议取T/4左右；c.此方法简化了参数的选择，明确了参数选择的物理意义。
简化虽然增加了迭代的次数，但是在可接受的范围内，且误差比较说明提出的方法计算精度高，结果可靠，值得尝试和进一步研究改进。
东南大学的周树路等人[6] 则针对力密度法的找形过程进行改进，避开其中“力密度”的概念，直接引入膜面应力和索拉力作为初始条件，以节点不平衡力作为控制误差，避免了传统力密度法需要反复试算力密度取值的弊端，使找形计算过程简洁高效。
干式气体端面密封的研究现状(1)
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟干式气体端面密封的研究现状(1)于气体润滑理论和气体止推轴承理论。
对DGS 的研究主要采用理论解析计算、数值模拟和实验研究等3 种手段, 目前数值模拟计算是最常用的手段。
以Navier-Stokes 方程为端面间气膜压力控制方程, 通过计算气膜压力、开启力、气膜刚度和泄漏量等密封参数, 对DGS 进行优化设计并完善设计理论。
2.1、DGS 性能的解析法研究DGS 的解析研究基础是Whipple 提出的窄槽理论(Narrow groove theory, NGT) , 该理论后来得到了Malanoski 等和Muijderman 的完善, 其中Muijder-man 首次采用复变函数保角变换理论将螺旋槽模型转化成平行直线槽模型, 并重点考虑槽端部的影响, 出了较完整的螺旋槽轴承理论。
Cheng 等运用NGT 分析了S-DGS 和瑞利台阶DGS 中, 密封槽和密封坝的相对位置对密封性能的影响, 指出在低速情况下,密封坝在低压侧有利于减少泄漏, 在高压侧有利于提高气膜刚度。
Gardner 最早将螺旋槽近似解析理论应用于螺旋槽端面机械密封的性能。
Sneck 等提出了一种基于窄密封面沿槽线建立雷诺方程的解析方法, 但由于该方法的不严谨和不方便, 未能获得广泛应用。
Shapiro 等在Muijderman 方法的基础上, 考虑惯性力的影响, 研究了高速液氧泵用螺旋槽机械密封的工作性能。
2.2、DGS 密封性能的数值模拟法研究由于气膜压力控制方程很难直接求解, 因此解析法需作大量假设简化, 这给精确描述DGS 的性能会带来一定的误差。
随着计算机技术的不断发展和普及, 目前有限差分法(FDA)和有限元法(FEA)等数值分析方法已经在DGS 的密封性能分析研究中得到广泛应用。
James 等应用FDA 研究了气体润滑螺旋槽平面推力轴承的性能, 并采用坐标变换法解决了螺旋槽曲线边界应用FDA 所遇到的困难。
气体膜分离技术及其发展应用
气体膜分离技术及其发展应用气体膜分离技术是20世纪80年代开发成功的一种高新技术，其中1979年Monsanto公司Prism 中空纤维氮氢分离系统的建立，被誉为现代气体膜分离技术的支柱。
[1]由于其具有分离效率高、能耗低、操作简单、使用方便、不产生二次污染等优点，已广泛应用于石油化工、能源、电子、医药、食品领域。
[2]如空气制富氧、富氮、合成气CO和H2的比例调节，合成氨厂驰放气和炼厂气中氢的回收或提浓、气体除湿、有机蒸汽的回收、提氦以及二氧化碳、硫化氢、酸性气体的脱除等方面[3] [4][5]。
1 气体膜分离的原理。
气体膜分离技术主要是利用特殊制造的膜与原料气接触，在膜两侧压力差的驱动下使气体分子透过膜。
所有的高分子膜对一切气体都是可渗透的，只不过不同气体渗透速度各不相同。
人们正是借助它们之间在渗透速率上的差异，来实现对某种气体的浓缩和富集。
渗透速率快的气体在渗透侧富集，面渗透速率慢的气体则在原料侧富集，从而达到了分离的目的。
[4] [6][1]对不同结构的膜，气体通过膜的传递扩散方式不同，因而分离机理也不同。
目前常见的气体通过膜的分离机理有两种，即气体通过多孔膜的微孔扩散机理和气体通过非多孔膜的溶解-扩散机理。
[6]1.1 微孔扩散机理当气体通过多孔膜时，由于多孔介质孔径及内孔表面性质的差异使得气体分子与多孔介质之间的相互作用程度有所不同，从而表现出不同的传递特征，如图1所示。
图1 气体在多孔膜中的渗透机理其传递机理可分为分子流、黏性流、表面扩散流、分子筛筛分机理、毛细管凝聚机理等。
[4][2]1.2 溶解-扩散机理气体通过非多孔膜的传递过程一般用溶解-扩散机理来解释，其过程可分为三步，即吸着过程：气体在膜的上游侧表面吸附溶解；扩散过程：吸附溶解在膜上游侧表面的气体在浓度差的推动下扩散透过膜；解吸过程：膜下游侧表面的气体解吸 [2][4]不同种类的气体溶解-扩散的速率不同，从而达到分离的目的，可以通过改变膜的化学成分改变气体在膜中的溶解扩散速率。
新型浮动式柱面微槽气膜密封的动力润滑特性研究
新型浮动式柱面微槽气膜密封的动力润滑特性研究一、概览话说这天小王同学在图书馆里翻阅着一本关于机械密封技术的书籍，突然发现了一篇关于新型浮动式柱面微槽气膜密封的动力润滑特性研究的文章。
文章里详细介绍了这种新型密封技术的独特之处和优势，让小王同学眼前一亮，心生好奇。
于是他决定深入了解一下这种新型密封技术，看看它到底有什么神奇之处。
新型浮动式柱面微槽气膜密封是一种采用气膜原理实现密封的技术，它通过在金属表面上形成一层微小的槽纹，使得气体能够在槽纹之间自由流动，从而实现密封的目的。
这种密封技术具有很好的耐磨性和耐腐蚀性，而且可以在高速运转的情况下保持良好的密封性能，因此在一些特殊的工况下得到了广泛的应用。
文章还介绍了这种新型密封技术的动力润滑特性，所谓动力润滑，就是在机械设备运行过程中，通过润滑油对轴承、齿轮等运动部件进行润滑的一种方式。
传统的动力润滑方式主要是利用油膜厚度来实现润滑的，但是随着机械设备的高速度和高温高压的要求越来越高，传统的油膜厚度很难满足要求。
而新型浮动式柱面微槽气膜密封技术则可以很好地解决这个问题，因为它本身就是一种流体动力润滑方式，可以在高速运转的情况下保持良好的润滑性能。
小王同学看完这篇文章后，对这种新型密封技术产生了浓厚的兴趣。
他觉得这种技术不仅具有很高的实用价值，而且在一定程度上代表了科技发展的前沿水平。
于是他决定以后要多关注这方面的研究，争取能够在这个领域做出一些贡献。
1. 研究背景和意义随着科技的不断发展，新型浮动式柱面微槽气膜密封技术在各个领域得到了广泛的应用。
然而由于其特殊的结构和工作原理，这种密封技术的动力润滑特性一直是研究的热点问题。
本文旨在通过对新型浮动式柱面微槽气膜密封的动力润滑特性进行深入研究，为解决这一难题提供理论依据和技术支撑。
首先我们需要了解什么是新型浮动式柱面微槽气膜密封，简单来说它是一种利用气体介质在密封件表面形成一层薄膜，从而实现密封的一种技术。
新型柱面气膜密封的设计与试验
新型柱面气膜密封的设计与试验丁雪兴;张大鹏;唐大全;张伟政;包鑫【摘要】由于流体旋转机械面临复杂工况与交变载荷,导致其轴端采用的常规密封无法满足工况要求,因此研发一种低泄漏、高稳定与长寿命的密封变得尤为重要.基于浮动环的浮动性以及微槽的动压特性,研制了具有浮动与微槽特性的新型柱面气膜密封.对柱面气膜密封的界面形状进行设计与优化:流线型斜槽、矩形槽、优化流线型斜槽、优化矩形槽;使用3D光纤激光打标机对柱面旋转环进行表面槽型雕刻;搭建试验系统并分析不同工况、槽型下柱面气膜密封泄漏量的变化规律,观察轴套和浮动环表面的擦痕轨迹.试验结果表明:当压力流一定时,随着转速的增加,4种微槽的泄漏量都有所下降逐渐趋于稳定,并且优化槽的泄漏量明显小于原始槽,当转速一定时,压力的上升导致4种槽型泄漏量急剧上升,近乎呈线性分布.【期刊名称】《甘肃科学学报》【年(卷),期】2019(031)002【总页数】5页(P97-101)【关键词】柱面密封;气膜;微槽;测试;泄漏量【作者】丁雪兴;张大鹏;唐大全;张伟政;包鑫【作者单位】兰州理工大学石油化工学院,甘肃兰州 730050;兰州理工大学石油化工学院,甘肃兰州 730050;成都一通密封股份有限公司,四川成都 610100;兰州理工大学石油化工学院,甘肃兰州 730050;成都一通密封股份有限公司,四川成都610100【正文语种】中文【中图分类】TH117.1;TQ051旋转机械设备运用于流体的压缩和输送,其轴端密封装置是设备的核心基础零部件。
目前,旋转机械设备逐渐向高转速、高温等极端工况条件发展。
面对上述挑战,国内使用的常规密封相继暴露出不可忽视的隐患,如刷式密封、浮环密封的泄漏量大、擦痕严重、能耗高等缺点[1]。
因此,提出一种新型柱面气膜密封。
气膜密封的设想一方面来自于气浮轴承理论[2];另一方面来自于浮环密封以及流体动压槽。
在国外,NASA提出了柱面气膜密封结构形式的雏形,成为典型的弹性浮动,并明确设计要求避免静止件与旋转件之间的碰摩。
新型气膜密封在溶剂泵上的应用
新型非接触式气膜密封在溶剂泵上的开发应用李延军摘要：分析了橡胶行业溶剂泵用普通接触式机械密封频繁失效的根本原因以及存在的问题，开发出一种新型气膜密封，介绍了其结构及性能特点。
新型气膜密封的成功应用，实现了泵送介质的零泄漏甚至零溢出，消除了对环境的污染，同时大大延长了密封的使用寿命，降低了运行维护费用。
关键词：气膜密封，零泄漏，零溢出，溶剂泵中图分类号：TH136 文献标识码：ADevelopment and Application of New-type Gas lubricatedNon-contacting Mechanical Seals on Gasonline PumpsLI Yan-jun（Rubber factory of Qilu PetroChem. Co. Limited, China）Abstract:The failure reasons and disadvantages of contacting mechanical seals for gasonline pump used in rubber industry were analyzed. A new-type non-contacting gas lubricated mechanical seal was developed, and its configuration and advantage was introduced. The results of the industrial application indicate that the new seal can realized non-leakage and non-emission of the pumped media. In addition, it prolongs the seal life and reduces maintainace cost.Key words: gas lubricated mechanical seal, non-leakage, non-emission, gasonline pump1前言某石化装置用于输送精溶剂（DMF）的泵为从英国英格索尔德来塞公司引进的溶剂泵，该溶剂泵原轴封为单端面波纹管接触式机械密封，在长期使用过程中频繁失效，经常发生泵送介质突然外泄，使用寿命最长不足1个月。
什么是气膜密封及技术发展进程
在非接触式机械液压油封密封中有一种密封叫气膜密封！东晟密封告诉您它是一种较新型的密封类型，主要依靠微米级的气体薄膜润滑的的一类非接触式机械液压油封密封，目前在工程行业中最为广泛应用，在工程行业中又称为叫密封（Dry Gas Seal）。今天主要来讲一下关气膜密封的技术发展进程。
1996年
国产气膜密封产品在巴陵石化鹰山石油化工厂首次使用。
至今
开发出压缩机、风机、离心泵、低速搅拌设备等用系列气膜密封产品并不断推广应用中。世纪六十年代初
首次基于气体润滑轴承理论提出气膜密封（Dry Gas Seal）的概念，并试图应该于航空发动上。
1969年
英国约翰克兰公司开始从事气膜密封的技术研究。
1976年
英国约翰克兰公司设计制造了第一套气膜密封在海洋平台输气管线离心压缩机上得到使用。
1985年
美国杜拉美特立公司掌握气膜密封技术并开始了制造了气膜密封。
1987年
1988年德国的Burgmann公司和美国的EG&G SEALOL公司开始从事气膜密封生产制造。
1988年
中国石油大学开始从事气膜密封的研发工作。
二十世纪九十年代初
约翰克兰公司开发出泵用气膜密封产品。
1992年
约翰克兰公司气膜密封产品随高速透平离心压缩机进口中国。
柱面气膜密封
（3）柔性支承系统的研究
柱面气膜密封相比端面气膜密封的优势在于允许更大的径向位移，但是由于 柱面气膜密封的气膜厚度很薄，一般只有几微米，而轴的径向摆动常常多达 几毫米，为了避免密封轴和浮动环密封表面相接触应合理选用柱面气膜密封 的柔性支承结构来隔离。自从1994年提出柱面气膜密封的概念以来，尝试了 采用柔顺箔和橡胶等作为柔性支承结构，都取得了一定的成果。
从1994年开始，Gardner和Mohsen Salehi等进行了一系列的柱面气膜密封相 关理论和试验研究，建立了其数学模型，推导出了表征其性能的参数计算公式。
Moshen Salehi等在转速为56 000 r／min、轴径为72．1 mm、环境温度为 650℃和边界压差为10 psi(689．5 Pa)的条件下，在涡轮发动机模拟器上，进 行了柔顺箔密封(柱面气膜密封的一种结构形式)性能测试。
1976年 1985年
约翰克兰公司设计制造的第一套气膜密封在海洋平台输气管线离心压缩机上得到 使用 美国杜拉美特立公司掌握气膜密封技术并开始制造气膜密封
1987、1988年 德国的Burgmann公司和美国的EG&G SEALOL公司开始从事气膜密封生产制造
1988年
中国石油大学开始从事气膜密封研究工作
图(a)中，气膜浮升力随着密封宽度的增加先增大后减小。图(b)中，随着密封 宽度的增加，摩擦转矩呈线性增长，随着密封压差的上升，摩擦转矩也呈现 上升趋势；图(c)可得，在L=0.02～0.035 m之间泄漏量迅速下降，在L>0.04 m时，泄漏量的数值基本趋于稳定。
（七）性能分析的结论
（1）随着偏心率的增加，泄漏量和摩擦转矩呈现近似抛物线形的增长。气膜 浮升力随偏心率的增大先快速上升后上升幅度减缓，当偏心率ε>0.6时，又恢 复快速上升趋势。气膜浮升力、摩擦转矩和泄漏量都随着密封压差的增大而 上升，上升幅值：摩擦转矩>气膜浮升力>泄漏量。
一种新型气承式气膜在工业露天料场环保封闭中的应用
一种新型气承式气膜在工业露天料场环保封闭中的应用摘要：我国经济的高速发展与电力行业有着密不可分的关系，火力发电作为发电行业重要的组成部分之一，为社会提供了大量的发电量，但同时也需要消耗大量的煤炭资源，煤场作为电厂最主要的储存场所，引起社会的大量关注，露天煤场因其倒运噪声大、大风扬尘、污染环境、水污染、煤炭流失等原因，不仅给电厂自身带来不便，还给公共环境造成破坏，随着“双碳”要求越来越严格，建设绿色电厂势在必行，气膜以其安装快捷、节能环保的优势在工业行业迅速发展；本章节主要介绍气膜建筑在工业露天料场环保封闭中的应用。
关键词：气膜建筑、煤场封闭、“碳达峰、碳中和”、零排放引言：气承式膜结构主要是以一种特殊的高性能膜材作为建筑主体“外壳”，通过风机加压系统对其进行吹风，使膜内外产生压力差，形成支撑力，把建筑主体支撑起来的建筑结构，通过外部加装网索，使其达到稳定；气承式膜结构作为一种新型的建筑结构形式，因其具有自重轻、跨度大和成本低等优点被广泛应于各个领域。
在工业领域，膜结构可用于工业生产车间、仓储库房等；在民用领域，膜结构可用于体育运动场所（如游泳馆、网球馆等）、文化娱乐场所（如剧场、展厅等）；在军事领域，膜结构可用于战时临时医院、战时指挥所、雷达防护罩等，本文主要介绍膜结构在工业领域露天煤场封闭中的应用；一、气膜建筑的特点1.节能环保a.膜材从生产开始，很少产生建筑垃圾；b.气膜安装过程中，对地面进行全覆盖，没有粉尘产生；c.气膜封闭后保障煤场产生过程中，无粉尘排放、无污水排放、无废气排放；d.膜材料设计采用光学设计，白天能够自然采光，无需开灯，夜晚利用膜材的漫反射原理使膜内照明充足，满足生产需求并节省能耗；e.膜材安装过程中进行拼接，无焊接作业，不会产生噪声污染及空气污染；f.膜材具有抗腐蚀、耐火、耐久性能，使用寿命较长，且有自洁净功能，大大降低了运行、维护的成本；g.通过安装新风换气设备及雾炮等，能够实现真正意义的“零排放”；2.跨度大、空间大a.气膜建筑可以做到无梁无柱，所以跨度更大，实用性更强，一般可以做到200m以上的跨度。
【长知识】航空发动机封严技术的进展
【长知识】航空发动机封严技术的进展导读：封严技术一直是高性能航空发动机研发工作的重要组成部分，先进封严技术是满足发动机耗油率、推重比、污染物排放、耐久性及寿命期成本目标的关键技术。
通过减少发动机内部气流的泄漏量，可大大提高发动机的性能和效率。
本文针对航空发动机典型封严技术，详细介绍了石墨封严、篦齿封严、刷式封严的结构特点及其技术改进和发展趋势。
重点阐述了德国MTU公司开发的新型刷式封严技术，其独特的结构解决了刷式封严掉毛这一技术难题。
1 引言现代航空发动机技术已达到很高水平，要进一步提高叶轮机效率，很大程度上取决于叶轮机转子与机匣之间的封严效果。
因此，许多航空发动机研究计划把如何减少发动机内流损失、提高发动机性能作为重点研究内容之一。
随着军用发动机工作环境越来越苛刻及民用发动机用户对低能耗、低噪声和高效益等方面要求的不断提高，低泄漏封严技术将面临高温、高转速、高压差、高湿度、高摩擦、高频振动及破坏性化学反应等一系列挑战。
研发泄漏量更小、在恶劣环境中使用寿命更长的先进封严装置已成当务之急。
2 封严技术的应用及其影响封严是对转动部件和非转动部件间的泄漏进行控制。
航空发动机上使用封严的地方很多，如主流道密封、空气系统二次流密封、主轴承油腔密封、附件传动机匣中传动附件输出轴密封等(见图1)。
航空发动机密封装置的形式也多种多样，按工作性质可分为接触式和非接触式两种。
前者主要有皮碗、涨圈、浮动环、端面石墨、径向石墨和刷式密封等，后者主要有螺旋槽、篦齿、液力和气膜密封等。
航空发动机封严的密封特性对发动机性能具有极为重要的影响，尤其是气路密封，将直接影响发动机增压比和涡轮效率的提高。
研究表明，封严泄漏量减少1%，可使发动机推力增加1%，耗油率降低0.1%；对于先进战斗机发动机，在发动机转速和涡轮转子进口温度保持不变的情况下，高压涡轮封严泄漏量减少1%，则推力增加0.8%，耗油率降低0.5%。
因此，美国IHPTET计划第二、第三阶段二次流路系统设定的目标分别是密封泄漏量减少50%和60%。
2023年非接触式气膜密封行业市场突围建议及需求分析报告
非接触式气膜密封行业市场突围建议及需求分析报告目录前言 (4)一、非接触式气膜密封行业（2023-2028）发展趋势预测 (4)(一)、非接触式气膜密封行业当下面临的机会和挑战 (4)(二)、非接触式气膜密封行业经营理念快速转变的意义 (5)(三)、整合非接触式气膜密封行业的技术服务 (6)(四)、迅速转变非接触式气膜密封企业的增长动力 (6)二、非接触式气膜密封行业政策背景 (7)(一)、政策将会持续利好非接触式气膜密封行业发展 (7)(二)、 非接触式气膜密封行业政策体系日趋完善 (7)(三)、非接触式气膜密封行业一级市场火热,国内专利不断攀升 (8)(四)、宏观经济背景下非接触式气膜密封行业的定位 (8)三、非接触式气膜密封企业战略目标 (9)四、2023-2028年非接触式气膜密封行业企业市场突围战略分析 (9)(一)、在非接触式气膜密封行业树立“战略突破”理念 (9)(二)、确定非接触式气膜密封行业市场定位、产品定位和品牌定位 (9)1、市场定位 (10)2、产品定位 (10)3、品牌定位 (12)(三)、创新寻求突破 (12)1、基于消费升级的科技创新模式 (13)2、创新推动非接触式气膜密封行业更高质量发展 (13)3、尝试业态创新和品牌创新 (14)4、自主创新+品牌 (15)(四)、制定宣传计划 (16)1、策略一：学会做新闻、事件营销——低成本的传播工具 (16)2、策略二：学会以优秀的品牌视觉设计突出品牌特色 (17)3、策略三：学会使用网络营销 (17)五、非接触式气膜密封业发展模式分析 (18)(一)、非接触式气膜密封地域有明显差异 (18)六、非接触式气膜密封行业竞争分析 (18)(一)、非接触式气膜密封行业国内外对比分析 (19)(二)、中国非接触式气膜密封行业品牌竞争格局分析 (20)(三)、中国非接触式气膜密封行业竞争强度分析 (20)1、中国非接触式气膜密封行业现有企业的竞争 (20)2、中国非接触式气膜密封行业上游议价能力分析 (21)3、中国非接触式气膜密封行业下游议价能力分析 (21)4、中国非接触式气膜密封行业新进入者威胁分析 (21)5、中国非接触式气膜密封行业替代品威胁分析 (21)七、非接触式气膜密封企业战略保障措施 (22)(一)、根据企业的发展阶段，及时调整组织架构 (22)(二)、加强人才培养与引进 (23)1、制定人才整体引进方案 (23)2、渠道人才引进 (24)3、内部员工竞聘 (24)(三)、加速信息化建设步伐 (24)八、非接触式气膜密封行业未来发展机会 (25)(一)、在非接触式气膜密封行业中通过产品差异化获得商机 (25)(二)、借助非接触式气膜密封行业市场差异赢得商机 (26)(三)、借助非接触式气膜密封行业服务差异化抓住商机 (26)(四)、借助非接触式气膜密封行业客户差异化把握商机 (27)(五)、借助非接触式气膜密封行业渠道差异来寻求商机 (27)九、关于未来5-10年非接触式气膜密封业发展机遇与挑战的建议 (28)(一)、2023-2028年非接触式气膜密封业发展趋势展望 (28)(二)、2023-2028年非接触式气膜密封业宏观政策指导的机遇 (28)(三)、2023-2028年非接触式气膜密封业产业结构调整的机遇 (29)(四)、2023-2028年非接触式气膜密封业面临的挑战与对策 (29)十、“疫情”对非接触式气膜密封业可持续发展目标的影响及对策 (30)(一)、国内有关政府机构对非接触式气膜密封业的建议 (30)(二)、关于非接触式气膜密封产业上下游产业合作的建议 (31)(三)、突破非接触式气膜密封企业疫情的策略 (31)前言非接触式气膜密封行业的研究是该业务的基石。
干气密封技术的研究现状及进展
有限元法计算了圆弧槽气体密封的特性。１９９６年，胡
丹梅等口１采用八节点有限单元法计算出直线斜槽气体密 封的压力分布和密封性能。同年底，天津鼎名密封公司
发明和研制的第一台国产干气密封应用成功。从１９９９
年起，宋鹏云用有限差分法对气体润滑和液体润滑非接 触式机械密封（直线槽）都进行了数值计算，并对影响
定位环
３
Байду номын сангаас
１干气密封崔基骨环压墙机上的应用 根据氧循环压缩机工艺介质的特点，工艺介质氢气
不允许泄漏到大气，同时也不允许氮气进＾介质侧．因 此干气密封选用带中间进气的串联式干气密封。故一般 循环氢干气密封结构如图２所示，它有以下特点。
胤
目２氢循ⅡⅡ＃ｍ千气密封结椅目
３千气密封在鼻硅轴旌幕上的应用 对于泵用于气密封．髟响密封效果的主要周豪是密
Ａｐｐｌｉｅｄ
ｔｏ
气进入密封腔前应先过滤，保证其洁净度和干燥度，必
要时还需加热，降低气体凝结的可能。此外密封气源还 需具有足够的压力保证设备任何状态下的运行，如开停
Ｎｏｎｃｏｎｔａｃｔｉｎｇ
Ｆａｃｅ
Ｓｅａｌｓ。Ｐｒｏｃ．ｏｆ
Ｆｏｕｒｔｈ
Ｉｎｔｅｒ．Ｃｏｎｆ．Ｏｎ Ｆｌｕｉｄ Ｓｅａｌｉｎｇ。１９７０，Ｐ３５２—３６０．
封端面上优化设计出最佳的双旋向槽型线［６］。２００１年，
弹簧座 （不锈钢） 弹簧 推环 （不锈钢） Ｏ形圈 （氟橡胶）
ＢｒａｄＥ７１等对螺旋槽气体端面密封进行了动态分析并推导
出了适用的公式。国内起步则较晚，１９９０年，王美
华凹１利用三角形单元有限元法计算出了人字型槽机械密 封端面间的压力场。１９９１年，王建荣、顾永泉口３等用
锁紧套
密封性能的各参数进行了讨论ｎ“。２００３年，李涛子等 对Ｔ型槽干气密封稳态特性进行了有限元分析ｕ“。
干气密封技术研究现状及发展趋势
干气密封技术研究现状及发展趋势摘要：气密封作为一种非接触式密封是目前密封技术研究的热点，其极限速度高，密封性能好，寿命长，不需密封油系统，功率消耗少，操作简单及运行维护费用低。
干气密封作为不需任何密封端面冷却和润滑用油的无维修密封系统，正取代浮环密封和迷宫密封而成为石化行业高速离心压缩机轴封的主流。
关键词：干气密封技术；研究现状；发展趋势经过近多年的使用证明，干气密封无疑是密封发展史上最成熟、最先进的密封技术，具有较强的抗干扰能力，运行可靠，操作简便。
我公司目前还有一些机组未使用干气密封，如能在炼化内部进行广泛的推广，将会使我公司的机组运行管理水平上一个大档次，并产生较大的规模效益. 据了解，国内富气压缩机大多采用双端面干气密封，其区别在于把阻塞气体与进入端面的气体分开，这无疑对保证密封使用寿命是有益的，但需要系统的相应改进，有待进一步研究。
1干气密封工艺的工作原理1.1原理分析密封工艺虽然不是现代工业中领先的技术构成，但往往发挥着关键性作用，如在航天航空、军事国防、核能等高科技应用领域，以及化工、石油、煤炭等国民支柱产业中，密封工艺的落后会造成整体技术性的功能滞后。
单纯地就轴端密封技术而言，我国经历了迷宫密封、浮环密封、机械密封和干气密封几个重要阶段，其中干气密封的优势明显强于其他密封形式。
从工作原理角度分析，干气密封工艺其实是一种润滑性气膜流体的动静压力结合形式、非接触式机械密封与气体阻塞密封的结合。
在构成上包括外环(动环)、静环、0形环、弹簧、转轴、组装套等，工作频度较高的是动环和静环，通过在端面上的均匀分布浅槽配合。
以较为常见的螺旋槽面干气密封工艺为例，当密封部分发生旋转时，密封气体被吸入到螺旋槽内，径向分量从外径向中间流动，随即密封坝开始限制气流向低压侧运动，整个旋转槽面被压缩；而在干气密封轴承端的槽根部位，此时形成了高压局部区，在气膜产生的开启力和弹簧、介质之间达到闭合力平衡，从而形成非接触型密封运转。
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先进气膜密封技木研究
进展与分祈
ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＧａｓＦｉｌｍＳｅａｌｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ北京航空航天大学机械工程及自动化学院马纲沈心敏
马纲
北京航空航天大学副教授。
主要从事流体密封技术．机械设计领域的研
究工作。
主持和参加航空基金、国家
８６３项目等研究工作。
在国内外核心期
刊发表论文多篇。
１台现代航空燃气涡轮发动机上，大约有几十处流体动密封。
已经应用的流体动密封有多种型式，典型的有篦齿密封、刷密封及“紧间隙”密封等。
’
航空发动机的流体动密封，一般指气流离开主流道进入第二流道的动密封。
主要包括：转子内流系统不同部位（如静子叶尖、级间、压气机出口、涡轮入口、轴承腔室等）的密封，
５８航窀嗣造技术·２００９年第３期
先进的密封技术对于航空发动机整机性能提高的影响日益突出，气膜密封技术的发展意义重大。
针对航
空发动机密封工况和研究进程的研究分析表明，柱面气
膜密封研究具有大的潜力。
以控制泄漏；转子叶尖处密封，以防
止回流或泄漏。
它们对于航空发动
机的整机性能（工作效率、推重比、耗
油率、可靠性和经济性等）影响重大，
但是在工程应用中很容易被忽视，因
此应重视改进密封设计以提高整机
性能。
对改进密封设计的效益和潜力，
有诸多预测评估。
（１）研究认为，改进第二流道系
统密封设计，在高压压气机处可以增
加效率４．４％，这个效率改善可通过
降低涡轮入口温度８５。
Ｆ（４７℃）来
延长有关构件寿命，或提高净推力
７．６％；改进高压涡轮处的密封设计，
可增加效率４．２％，也可通过降低涡
轮入Ｉ＝ｌ温度９３。
Ｆ（５２℃）来延长构
件寿命，或增加推力９．７％。
（２）我国发动机研究者在２０世
纪末已经明确意识到，在当前技术水
平下，在发动机设计上花很大气力的
改进能使发动机的耗油率降低０．１％
～０．２％，但如果改进气封的设计来
提高密封效果，就可使耗油率降低
１％～２％。
（３）用于压气机和涡轮设计以
改进性能的经费投入，与改进有关密
封设计收到同样效果所需费用相比，
前者比后者至少要高４～５倍。
（４）目前在发展的一种用于高
压压气机后的气／气非接触气膜封
严装置，能使发动机的推力提高２％
～２．５％。
随着航空发动机整机性能的提
高，对密封的要求也日益提高，传统
的密封方式难以满足要求。
气膜密
封技术是基于气体动静压原理，在密
封位置形成一定薄的压力气膜，产生
密封效果。
其突出的特点在于通过
很薄的压力气膜实现密封界面的非
接触和小间隙，由此所表现出的优越
的防泄漏特性和长寿命、低维护特
性，已使其成为先进密封技术领域的
一个重要研究方向。
万方数据
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先进气膜密封技术研究进展与分析
作者：马纲， 沈心敏， Ma Gang， Shen Xinmin
作者单位：北京航空航天大学机械工程及自动化学院
刊名：
航空制造技术
英文刊名：AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY
年，卷(期)：2009(3)
被引用次数：1次
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10.孙赫端面周向波度式密封特性的研究[学位论文]2011
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本文链接：/Periodical_hkgyjs200903009.aspx。