شبیه سازی عددی و تاثیر سرعت دورانی بر عملکرد و ضخامت فیلم گاز آببند گاز خشک یک کمپرسور سانتریفیوژ

الموضوعات : یافته های نوین کاربردی و محاسباتی در سیستم های مکانیکی

نوید 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

تاريخ الإرسال : 28 الإثنين , جمادى الثانية, 1443 تاريخ التأكيد : 13 الأربعاء , شعبان, 1443 تاريخ الإصدار : 19 الأحد , رجب, 1443

الکلمات المفتاحية: آببند گاز خشک, شیار C شکل, شبیه سازی عددی,

ملخص المقالة :

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.

المصادر:

[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.

_||_