شبیه سازی عددی و تاثیر سرعت دورانی بر عملکرد و ضخامت فیلم گاز آببند گاز خشک یک کمپرسور سانتریفیوژ
محورهای موضوعی : یافته های نوین کاربردی و محاسباتی در سیستم های مکانیکینوید بزرگان 1 , آرش استواری 2 , نادیا جلالی فر 3 , موسی قاسمی 4
1 - گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد آبادان
2 - گروه مهندسی مکانیک، موسسه آموزش عالی اروندان خرمشهر، خرمشهر، ایران
3 - گروه مهندسی شیمی، واحد آبادان، دانشگاه آزاد اسلامی، آبادان، ایران
4 - شرکت پالایش و نفت آبادان
کلید واژه: آببند گاز خشک, شیار C شکل, شبیه سازی عددی,
چکیده مقاله :
در این مقاله با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی، ویژگی‌های دینامیکی جریان در شیارهای دو جهته نشت بند گازی خشک یک کمپرسور سانتریفیوژ، شبیه‌سازی می‌شود. ناحیه محاسباتی شامل فیلم گاز بین دو رینگ ثابت و چرخان و فضای درون شیارها است. عملکرد نشت بند تحت ضخامت های 05/3 و 08/5 میکرومتر مورد بررسی قرار می‌گیرد. به‌منظور انجام حل عددی، معادله های پیوستگی و ناویر-استوکس با فرض گاز کامل با استفاده از سلول های بی سازمان حل می‌شوند. رژیم جریان آرام در نظر گرفته می‌شود. نتایج به دست آمده شامل توزیع فشار می‌باشند. نتایج حاصل از حل عددی مدل هندسی با شیار دو جهته C شکل با نتایج تجربی گابریل، ارزیابی شدند. هندسه مورد بحث در این پژوهش هندسه گاز خشک کمپرسور C-14200 واحد الکیلاسیون شرکت پالایش نفت آبادان است. نتایج نشان می‌دهد که سرعت چرخش آببند گاز خشک تأثیر مهمی در اثر هیدرودینامیکی دارد، زمانی‌که سرعت چرخش از 4000 دور بر دقیقه به 18000 دور بر دقیقه افزایش می‌یابد، فشار هیدرودینامیکی در شیار از 76/4 بار به 009/6 بار افزایش می‌یابد. در حالی‌که فشار شعاع خارجی و ضخامت فیلم گاز هر دو اثر هیدرودینامیکی را کاهش می‌دهند.
In this paper, using computational fluid dynamics, the dynamic properties of the flow in the two-way grooves of a centrifugal compressor gas seal are simulated. The computational area consists of a gas film between two fixed and rotating rings and the space inside the grooves. Leak performance is tested at thicknesses of 3.08 and 5.08 μm. In order to perform the numerical solution, the continuity and Navier-Stokes equations are solved assuming complete gas using disorganized cells. The flow regime is considered layered. The results obtained include the pressure distribution. The results of numerical solution of the geometric model with bidirectional C-shaped groove were evaluated with Gabriel experimental results. Geometry discussed in this dissertation is the geometry of dry gas compressor C-14200 alkylation unit of Abadan Oil Company. The results show that the rotation speed of the Dry Gas Seal, or DGS for short, has a significant effect on the hydrodynamic effect, while the pressure of the outer radius and the thickness of the gas film both reduce the hydrodynamic effect.
[1] Muller, (1998), Fluid Sealing Technology Principles and Applications, Marcel Dekker INC.
[2] Shahin, I., Gadala, M., Alqaradawi, M., Badr, O., (2016), Three dimensional computation study for spiral drygas seal with constant groove depth and different tapered grooves. Procedia Engineering 68, pp 205-212.
[3] Jiang, J.B., Peng, X.D., Li, J.Y., Chen, Y., (2016), A comparative study on the performance of typical types of bionic groove dry gas seal based on bird wing, Journal of Bionic Engineering 13, pp 324-334.
[4] Badykov, R., Sergey, V., (2017), Advanced dynamic model development of dry gas seal, Procedia Engineering 176, pp 344 – 354.
[5] Jing, X., Peng, X., Bai, S., Meng, X., (2015), CFD simulation of microscale flow field in spiral groove dry gas seal, Proceedings of IEEE/ASME International Conference on Mechatronics and Embedded Systems and Applications (MESA).
[6] Ma, C.,Shaoxian, B., Xudong, P., (2016), Thermo-hydrodynamic characteristics of spiral groove gas face seals operating at low pressure, Tribology International 95, pp 44–54.
[7] Qiuwan, D., Keke, G., Zhang Di., Yonghui X., (2018), Effects of grooved ring rotation and working fluid on the performance of dry gas seal, International Journal of Heat and Mass Transfer 126, pp 1323–1332.
[8] Zahorulko, A.V., K., Lee, Y.B., (2021), Dynamic behavior and difference pressure control of difference pressure regulator for dry gas seals, Mechanical Systems and Signal Processing 165, 108350.
[9] Yuan, Ch., Xudong, P., Jinbo, J., Meng, X., Li, J., (2018), Experimental and theoretical studies of the dynamic behavior of a spiral groove dry gas seal at high-speeds, Tribology International 125, pp 17–26.
[10] Wang, Y., Jianjun, S.,Qiong, H., Wang, D., Zheng, X., (2018), Orientation effect of orderly roughness microstructure on spiral groove dry gas seal, Tribology International 126, pp 97-105.
[11] Liao, C., Chen, H., Lu, H., Dong, R., Sun, H., Chang, C., (2020), A leakage model for a seal-on-seal structure based on porous media method, International Journal of Pressure Vessels and Piping 188, 104227.
[12] Zhao, H., Su, H., Chen, G., (2020), Analysis of total leakage of finger seal with side leakage flow, Tribology International 150, 106371.
[13] Xie F., Li, Y., Ma Y., Xia S., Ren J., (2020), Cooling behaviors of a novel flow channel in mechanical seals of extreme high-speed rotation for cryogenic rockets, Cryogenics 107, 103055.
[14] Zhou, W., Zha, Zh., Wang, Y., Shi, J., Gan, B., Li, B., Qiu, N., (2021), Research on leakage performance and dynamic characteristics of a novel labyrinth seal with staggered helical teeth structure, Alexandria Engineering Journal 60, pp 3177-3187.
[15] Chavez A., Santiago S., (2020), Determining a pressure response function of the hose and sensor arrangement for measurements of dynamic pressure in a dry gas seal fim, Tribology International 143, 106007.
[16] Su, W.T., Li, Y., Wang, Y.H., Zhang Y.N., Li, X.B., Ma, Y., (2020), Influence of structural parameters on wavy-tilt-dam hydrodynamic mechanic al seal perfor mance in reactor coolant pump, Renewable Energy 166, pp 210-221.
[17] Zhou, X., Gu, C., Wang, J., Chen, Z., (2021), Thermo-mechanical coupling analysis of the end faces for a mechanical seal under dry friction, School of Chemical Engineering, Tribology International 160, 107050.
[18] Su, H., Rahmani, R., Rahnejat H., (2016), Thermo-hydrodynamics of bidirectional groove dry gas seals with slip flow, International Journal of Thermal Sciences 110, pp 270-284.
[19] Gabriel R., (1994), Fundamentals of spiral groove non contacting face seals, Lubrication
Engineering 50, pp 215-224.
[20] Hong, W., Baoshan, Z., Jiansh, L., Changliu, Y., (2013), A thermohydrodynamic analysis of dry gas seals for high-temperature gas-cooled reactor, Journal of Tribology 135, 021701.