四川日机研制的高压及大轴径干气密封通过国家级鉴定

2013年11月21日，四川日机公司“千万吨级炼油加氢装置循环氢压缩机高压干气密封及其控制系统”和“大型煤化工煤制丙烯装置丙烯制冷压缩机大轴径干气密封”两项科技成果，在成都通过工业和信息化部组织的鉴定。

机械密封端面接触状态的声发射监测研究

有效监测机械密封的端面接触状态有助于对密封失效做出早期预警。针对密封声发射信号难以降噪的问题,提出基于神经网络粒子滤波和最小二乘支持向量机的声发射建模方法。首先通过机械密封的端面膜厚测量,研究声发射能量在密封启动过程中的变化规律;接着利用人工神经网络构建信号的状态空间,再通过粒子滤波算法对状态空间滤波降噪;最后从滤波信号中提取特征,并利用最小二乘支持向量机构建机械密封端面接触状态的检测模型。实验数据证明该方法能有效实现机械密封端面状态的无损检测,具有良好的工业前景。

不等温下螺旋槽干气密封端面压力分布计算

以干气密封无限窄槽理论为基础,提出了不等温假设条件修正算法.利用机械密封端面温度分布近似算法求解干气密封端面温度分布函数,与液体介质情况不同的是,对于空气,其热传导角根据经验取为液体的3倍.为了更方便地求解Gabriel算法中的微分方程,采用线性曲线拟合方法获得与前面求得的温度分布函数近似的密封端面温径关系曲线T(r).将T(r)代入Gab-riel算法中代替原来的温度常量T,从而得到非等温条件下的螺旋槽干气密封端面压力分布微分方程.采用4阶龙格库塔法求解该微分方程,得到沿半径方向的端面压力分布.通过与文献结果对比发现,当膜厚分别为5.08,3.05,2.03μm时,采用非等温条件修正后的算法所得槽根处压力pg比原算法提高了6.8%,5.0%,2.7%.计算结果较好地反映了干气密封端面压力分布槽根处最高、外半径处次之、内半径处最小之一般规律.与有限元法相比,该算法应用更为便捷.

静压干气密封端面流场数值模拟

为了提高静压干气密封的性能,基于N-S方程、层流模型、SIMPLEC算法,在节流孔直径和端面间隙变化的情况下,对静压干气密封流场进行数值模拟,重点考察了端面气膜压力及开启力的变化情况.数值结果表明:密封气在流经节流孔后形成显著的压力降,该压力降的大小会随端面间隙增大而增大,随节流孔径增大而减小.端面压力在均压浅槽区中心附近最高,向四周逐渐下降,在均压浅槽区边沿附近,压力梯度较大.开启力总体随间隙增大而减小,极小值接近于0.当端面间隙在5～12μm范围内,开启力随间隙增大而迅速减小,端面气膜具有很大的刚度.较小的节流孔直径可在小端面间隙条件下获得更大的气膜刚度.根据计算数据,对某轴径为30mm的反应釜搅拌器轴端密封,在转速为50～300 r/min范围内成功进行了台架实验,重点对泄漏量和端面磨损状况进行了监测,结果表明密封实现了稳定的非接触式运转.

干气密封启动过程研究

为了深入研究干气密封启动过程,提高密封启动稳定性,基于N-S方程、Lam inar模型和SIMPLEC算法,在动环转速和端面压差变化的多种情况下,对干气密封端面流场进行了数值模拟,重点考察了端面开启力的构成及变化情况。数值结果表明,在密封启动过程中,转速上升到一定数值后,端面才能脱开,而流体动压力是影响端面脱开的主要因素,在脱开前两端面间存在严重摩擦和磨损,会对端面造成破坏。针对此提出研究一种能减小或消除启动过程中端面接触时间的新型密封。

上游泵送密封研究

采用有限元法对三种不同槽型的上游泵送密封结构进行了研究，编制出了用于上游泵送密封设计的计算程序，利用计算程序对上游泵送密封槽型结构进行了优化；根据优化结果试制出三种槽型的上游泵送密封进行实验室试验。试验结果表明，优化设计出的三种上游泵送密封结构性能稳定可靠，能够实现微泄漏、微磨损，达到密封的长周期运行；三种密封结构相比，螺旋槽密封结构的综合性能比斜线槽和人字槽稍微好些。

基于TRIZ理论的电磁驱动式机械密封创新设计

基于TRIZ理论,提出一种改善非接触式机械密封在低转速状态下密封面相对转速低且不稳定的方法。通过对传统机械密封整体原理和结构的分析,运用TRIZ理论,以"速度"为改善的参数,"组件的复杂性"和"测量的准确性"为恶化的参数,由矛盾矩阵得到发明原理号,经分析选取"调节器原理"和"置换机械系统原理",并由此采取设置中间旋转环及采用电磁驱动该中间旋转环的方法,提高了机械密封的工作稳定性和使用寿命。

不完备先验知识下的机械密封端面磨损状态评估研究

针对机械密封端面全状态先验知识不易获取,正常开启状态下和未打开状态下的先验知识可以获取的特点,以声发射信号作为监测信号,提出基于因子隐马尔可夫模型(FHMM)的机械密封端面磨损状态评估技术.应用经验模态分解(EMD)方法对原始信号进行分离提取,得到准确反映信号的特征信息,将机械密封端面接触状态下的先验特征归一化,并建立因子隐马尔可夫(FHMM)监测模型;根据观察序列对数似然度得到评估密封端面磨损状态性能指标,实现对端面磨损状态的评估.机械密封端面磨损状态监测试验表明:该方法能在仅具备端面接触状态先验知识的情况下,实现对密封端面磨损状态的初步评估,而且所需样本数较少、训练速度快、结果准确、具有较好扩展性.

机械密封端面接触状态测控技术

介绍了目前常用来描述端面接触情况的状态参量,探讨了端面间隙、温度及声波常用的测量方法,重点分析了主动式超声波检测方法,并对机械密封端面接触状态测控技术的研究状况进行了总结。

流体静压型核电主泵轴密封的研制

针对核主泵轴密封具有承受高压、高PV值、高可靠性的特点,尤其是第一级流体静压密封承受大部分的压差(15.5MPa),是整个主泵轴密封中难度最高和技术最复杂的关键性瓶颈,为此首先以第一级密封为突破口作了较深入的研究。完成了第一级密封试验样机、试验台及系统的研制与试验,第二、三级密封试验样机的研制,整套主泵密封的试验。已完成的试验项目指标基本达到设计技术指标,为今后进一步深入研究打下了很好的基础。

基于声发射技术的机械密封膜厚测量

机械密封主要通过动静端面之间的流体膜来实现润滑与密封,因此须对其膜厚进行监测。针对现有监测技术难以推广到工业现场的问题,提出机械密封液膜状态的声发射监测方法。以直接测量结果指导间接测量结果,建立适于声发射技术的机械密封液膜膜厚检定模型:对信号进行经验模态分解,并通过核主分量分析优化其特征;提出基于双重人工神经网络的联级决策模型。该模型能对密封膜厚程度进行估计,且较之单一的神经网络更为准确,具有良好的工业前景。

螺旋槽型干气密封系统轴向振动影响因素研究

针对干气密封中气膜厚度稳定性的要求以及多级调控操作条件易导致失效的问题,进行基于Workbench的螺旋槽型干气密封系统的动力学特性分析研究。建立一种浮动环(静环)的轴向振动模型,并推导其轴向振动幅值表达式;运用Workbench对浮动环系统进行工况条件下的预应力模态分析和谐响应分析,将模拟仿真与理论推导结果做对比,分析总结得出同一参数不同数值条件下浮动环轴向振动幅值的变化趋势,以及影响浮动环轴向振动幅值的主要因素和次要因素。该方法不仅能够灵活地获得不同条件下浮动环的振幅值,并且从激振频率与固有频率的关系方面解释了振动趋势形成的原因。

焊接金属波纹管机械密封端面径向振动特性研究

焊接金属波纹管机械密封是轴类密封的重要类型之一,而密封端面振动特性是泄漏量和端面磨损的关键影响因素。由于目前针对焊接金属波纹管机械密封端面振动位移相关理论研究较少且没有具体分析各工作参数对端面振动的影响。首先,作者建立了端面密封环的几何模型和极坐标下端面所受表面压力以及分布力矩的数学模型;采用圆环理论和数值分析方法,推导出受谐波形式载荷条件下端面振动位移的求解公式。然后,利用MATLAB求解出密封端面在不同工况条件下轴向振动和径向振动位移特解。发现在相同的工况条件下径向振动位移均大于轴向振动位移。最后,设计了径向振动试验,利用电涡流传感器测量密封端面径向振动位移,分别探究了介质压力、工作转速、载荷系数和压缩量对径向振动位移的影响。结果表明:工作转速和压缩量对径向振动位移影响较大,介质压力和载荷系数对径向振动位移影响趋势相同。径向振动位移随着转速的增大而急剧增大;随着压缩量的增加先缓慢增大后迅速增大;随着介质压力的升高、载荷系数的增大,径向振动位移先减小后增大。对比理论计算和试验结果,验证了密封端面振动位移数学模型的正确性。优选出合理的工作参数范围为:介质压力为0.4～1.4 MPa,工作转速为1 500～2 500 r/min,载荷系数K为0.60～0.75,压缩量为4～6 mm。

干气密封端面平衡间隙的研究

为了确定干气密封端面平衡间隙的数值,基于N-S方程、层流模型、SIMPLEC算法,对干气密封端面流场进行数值模拟,获得端面气膜开启力的数值。将开启力和闭合力变化曲线同时绘出,两曲线交点所对应的端面间隙即为该干气密封的端面平衡间隙值。以某泵用干气密封为例,介绍了闭合力和开启力的计算,确定出该干气密封的端面平衡间隙。结果表明,干气密封端面平衡间隙值应取在开启力随间隙变化幅度较大的小间隙区域,且端面平衡间隙应在泄漏量不超标的前提下,尽量取得大一些,使密封端面接触和摩擦可能性和程度降到最低,从而提升干气密封运行稳定性。

干气密封端面气膜压力及开启力的数值模拟

为了全面了解干气密封端面流场特性,基于N-S方程、层流模型、SIMPLEC算法,在端面间隙和转速的多种变化情况下,对干气密封端面流场进行数值模拟,重点考察了端面气膜压力及开启力的变化情况.数值结果表明,端面气膜压力总是在槽台交界处产生较大变化,在气体流出的槽台交界处产生流体动压力,而在气体流入的槽台交界处存在局部负压区域,会削弱端面开启力和气膜刚度.通过合理设计槽形,增大正压区域的同时减小负压区域,可提高端面开启力和气膜刚度.对比分析表明,通过优化槽形可大大提高端面开启力和气膜刚度,使密封更稳定.

液态烃泵用焊接金属波纹管机械密封的失效原因及解决办法

在石化生产过程中涉及到很多烃类介质 ,由于这些介质具有饱和蒸汽压高、易汽化等特点 ,决定了该类泵用机械密封动、静环端面间常处于不稳定的汽液混相状态 ,密封工作条件恶劣 ,使用寿命短。对液态烃泵用焊接金属波纹管机械密封可靠性差的成因进行了分析 。

机械密封实验台数据采集系统研制

介绍了机械密封数据采集系统串口通信技术的基本原理,并对新型高性能机械密封泄漏量数据采集系统下位机的硬件配置和上位机软件设计进行了描述。该系统实现了对机械密封泄漏量数据的采集、保存、绘出曲线图。还分析了实验结果及其影响因素,对实际生产提供了理论依据。

干气密封控制系统应用与发展趋势

干气密封工作时必须有一套支撑其工作的控制系统,重点分析了API 614中对干气密封控制系统要求具备的基本组成部分的功能,并简单介绍了目前控制系统为适应市场要求和更好地辅助干气密封而增加的一些功能单元,最后指出了干气密封控制系统的发展趋势。

循环氢压缩机高压干气密封“硬对硬”摩擦副国产化技术分析

压力>13.0 MPa循环氢压缩机主要用于蜡油加氢、加氢裂化、渣油加氢等炼油装置中,其使用的高压干气密封全部为进口产品,投资成本高、备件采购费用昂贵问题一直困扰着用户。文章通过介绍某石油二厂2 Mt/a加氢裂化项目循环氢压缩机进口高压干气密封("硬对硬"摩擦副)的使用情况,探讨密封备件实施国产化的必要性,以及对摩擦副"硬对硬"的设计技术进行深入浅出的分析。

三代压水堆核电站核二级低压安注泵用机械密封研制

总结了一种新型研制的压水堆核电站核二级低压安注泵用机械密封的技术特点,从设计输入、条件分析、方案选型等方面进行了详细的介绍,并利用有限元分析对端面状态进行了分析与优化设计。研究表明,合理选型和设置密封参数,可以实现在该泵的各类事故特殊工况下执行预期功能。