Исследование сопряженных динамических процессов в торцовых газодинамических уплотнениях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.02.06, кандидат наук Бадыков Ренат Раисович

• Бадыков Ренат Раисович
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Бадыков Ренат Раисович

Введение

1 Анализ возникающих при эксплуатации ТГДУ проблем и путей их решения

1. 1 Анализ типовых конструкций ТГДУ и особенности их работы в составе роторных компрессоров

1.2 Классификация отказов ТГДУ

1.3 Анализ научных исследований динамических процессов в ТГДУ

1.4 Постановка задач исследования

2 Разработка сопряжённой модели ТГДУ и исследование динамических характеристик газового слоя с учётом осевой вибрации ротора

2.1 Разработка стационарной газодинамической модели течения газа в щели ТГДУ

2.1.1 Разработка конечно-элементной модели течения газа в щели ТГДУ

2.1.2 Геометрические параметры исследуемых уплотнений

2.1.3 Результаты испытаний уплотнений для расчётных условий работы

2.1.4 Исследование статических характеристик ТГДУ с использованием стационарных газодинамических моделей

2.2 Разработка квазистационарной газодинамической модели течения газа в щели ТГДУ

2.2.1 Разработка конечно-элементной квазистационарной модели течения газа в щели ТГДУ

2.2.2 Анализ результатов расчёта квазистационарной модели ТГДУ

2.3 Разработка сопряжённой модели течения газа в щели ТГДУ

2.3.1 Разработка конечно-элементной сопряжённой модели течения газа в щели ТГДУ

2.3.2 Исследование влияния осевой вибрации ротора на динамические характеристики газового слоя с использованием сопряжённой модели

2.3.3 Анализ результатов расчёта сопряжённой модели ТГДУ с использованием быстрого преобразования Фурье

2.4 Выводы

3 Разработка трёхмассовой динамической модели ТГДУ с учётом нелинейных зависимостей жёсткости и демпфирования газового слоя

3.1 Исследование динамических процессов в ТГДУ с использованием двухмассовой модели ТГДУ

3.1.1 Разработка аналитической двухмассовой динамической модели ТГДУ

3.1.2 Анализ результатов расчёта аналитической двухмассовой динамической модели ТГДУ

3.2 Исследование колебаний вращающегося кольца и явления его отрыва от упора на роторе

3.2.1 Разработка одномассовых динамических моделей и аналитических зависимостей для исследования явления отрыва вращающегося кольца

3.2.2 Исследование процесса отрыва вращающегося кольца с использованием одномассовых динамических моделей

3.3 Исследование динамических процессов в ТГДУ с использованием трёхмассовой модели ТГДУ

3.3.1 Разработка аналитической трёхмассовой динамической модели ТГДУ

3.3.2 Исследование влияния отрыва вращающегося кольца ТГДУ на его динамические характеристики с использованием трёхмассовой модели

3.4 Выводы

4 Разработка методики расчёта динамических характеристик ТГДУ для оценки его работоспособности

4.1 Исследование динамических характеристик второй ступени ТГДУ с реверсивными газодинамическими канавками

4.1.1 Геометрические параметры исследуемого уплотнения

4.1.2 Разработка конечно-элементной газодинамической модели течения газа в щели ТГДУ

4.1.3 Анализ результатов расчёта стационарной модели

4.1.4 Анализ результатов расчёта квазистационарной модели

4.1.5 Оценка работоспособности ТГДУ с использованием трёхмассовой динамической модели

4.1.6 Оценка работоспособности ТГДУ с использованием сопряжённой модели

4.1.7 Анализ результатов исследования работы второй ступени ТГДУ с наличием высокоамплитудной и высокочастотной осевой вибрации ротора

4.2 Разработка методики расчёта динамических характеристик ТГДУ для оценки его работоспособности

4.3 Выводы

Заключение

Список сокращений и условных обозначений

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование сопряженных динамических процессов в торцовых газодинамических уплотнениях»

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день более 1 млн. человек в странах СНГ обслуживают около 500000 роторных компрессоров, применяемых в различных отраслях промышленности [1]. Для транспортировки природного и попутного нефтяного газа используются специальные компрессорные установки с газотурбинным приводом. Надёжность всего газоперекачивающего агрегата (ГПА), как правило, напрямую зависит от надёжности систем, обеспечивающих его работу.

Ежегодно сотни агрегатов вырабатывают свой расчетный ресурс [1, 2]. Оптимальным решением данной проблемы, исходя из финансовых и временных затрат, является реконструкция существующих ГПА [3, 4]. Основные проблемы, препятствующие созданию новой и реконструкции существующей наземной газотурбинной техники вызваны, прежде всего, растущими требованиями по эффективности и ресурсу [5, 6]. Одновременно с этим наблюдается постоянный рост эксплуатационных параметров агрегатов: увеличение степени сжатия газа в компрессоре, частоты вращения роторов, температуры газа перед турбиной [7]. Это является причиной повышения нагрузок на все узлы и системы ГПА, включая уплотнительные узлы [8, 9]. С ростом эксплуатационных параметров агрегатов появляются новые требования по увеличению ресурса для новых уплотнительных узлов (более 100 тыс. ч) [10, 11]. Внедрение новой техники сдерживается отсутствием доведенных высокоресурсных уплотнений, работающих при перепаде давления более 40 МПа и частоте вращения более 30000 об/мин [12].

Приведённым условиям удовлетворяет торцовое газодинамическое уплотнение (ТГДУ). Согласно комплексной программе реконструкции и технического перевооружения объектов переработки газа и жидких углеводородов ПАО «Газпром» на 2016-2020 годы планируется замена 100 - 120 ГПА в год. Более 95% ГПА будут оснащаться ТГДУ. Важной проблемой при создании новых уплотнительных узлов по типу ТГДУ является обеспечение безопасности агрегатов на всех стадиях жизненного цикла.

Несмотря на успешный отечественный опыт по разработке [13] и внедрению [14, 15] ТГДУ в ГПА основной причиной остановки ГПА является отказ уплотнительного узла. При работе компрессора в нагнетателе природного газа возникают осевые и радиальные колебания ротора. Рост амплитуды и частоты осевой вибрации ротора ведёт к повышению утечек через ТГДУ и сокращению ресурса уплотнения за счёт изнашивания вторичных эластомерных уплотнений и контакта уплотнительных колец. Высокоамплитудная, высокочастотная осевая вибрация ротора (амплитуда более 25 мкм и частота более 150 Гц) приводит к отказу уплотнительного узла, что в свою очередь может стать причиной разрушения опор, рабочих колёс компрессора, изгиба вала и образования взрывоопасной смеси, что является недопустимым [10, 16]. Особенно остро данная проблема проявляется при установке ТГДУ в нагнетателях с магнитным подвесом. При нерасчётной работе магнитного подвеса возникает осевая вибрация ротора с амплитудой 0,1 - 0,3 мм [17, 18, 19], а для нагнетателя с ротором, установленным на подшипниках скольжения, амплитуда вибрации может достигать 150 мкм [20].

Для предотвращения отказов уплотнений (с наружными диаметрами уплотнительных колец в диапазоне от 40 мм до 400 мм), при наличии высокоамплитудной, высокочастотной осевой вибрации ротора, необходимо создание инструментальных средств проектирования, позволяющих оценить работоспособность уплотнений (отсутствие контакта и раскрытия уплотнительных колец, а также изнашивания вторичных уплотнений). Создание таких средств потребует использования большого набора специальных дисциплин: механики материалов, теории линейных и нелинейных колебаний, математического моделирования поведения технических объектов при статических, динамических и тепловых воздействиях. Решение данной задачи требует совершенствования процесса проектирования ТГДУ благодаря разработке и применению сопряжённых динамических и газодинамических моделей (Fluid-Structure Interaction или FSI) уплотнения с учётом нелинейных характеристик газового слоя. Поэтому проведённые в данной диссертации исследования динамических процессов в ТГДУ являются актуальными.

Степень разработанности вопроса.

Ведущие производители ТГДУ «John Crane» и «Eagle Burgmann» не разрабатывают динамические модели, позволяющие определить границы устойчивой работы ТГДУ в виду их высокой сложности. При разработке нового уплотнения экспериментально определяются допустимые величины амплитуд и виброускорения осевой вибрации ротора.

Научные школы идут по другим направлениям. Перспективной является разработка системы активного контроля работы ТГДУ. На протяжении многих лет этой проблемой занимаются Bair S., Dayan J., Green I., Zou M., однако система так и не была введена в эксплуатацию. Другой подход основывается на разработке моделей, позволяющих оценить способность уплотнения отслеживать вибрацию ротора. Разработкой аналитических моделей для определения динамических характеристик ТГДУ в СССР и позднее в России занимались Белоусов А.И., Голубев А.И., Максимов В.А., Марцинковский В.А., Фалалеев С.В. и др. Исследованием динамических процессов в ТГДУ за рубежом занимались Etsion I., Green I., Harp S.R., Lee S., Miller B.A., Ruan B., Salant R.F., Zheng X. и др. В недавних работах Chen Y., Jiang J., Peng X. стали применять метод конечных элементов для определения динамических характеристик ТГДУ. Однако в этих работах не учитываются нелинейные характеристики газового слоя и влияние высокоамплитудной и высокочастотной осевой вибрации ротора.

Цель диссертационной работы - оценка работоспособности торцовых газодинамических уплотнений на основе разработки методики расчёта их динамических характеристик и комплекса моделей с учётом нелинейных характеристик газового слоя при работе с высокоамплитудной и высокочастотной осевой вибрацией ротора.

Задачи исследования:

- разработка сопряжённой модели ТГДУ, в которой совместно решаются уравнения газовой динамики и вынужденных колебаний, для изучения нелинейных динамических процессов в уплотнении, оценки работоспособности уплотнения и влияния осевой вибрации ротора на динамические характеристики газового слоя;

- создание трёхмассовой динамической модели ТГДУ с учётом нелинейных жёсткости и демпфирования газового слоя и определение области её применения;

- разработка методики расчёта динамических характеристик ТГДУ при работе с высокоамплитудной и высокочастотной осевой вибрацией ротора.

Научной новизной обладают следующие результаты:

- сопряжённая модель ТГДУ (двухсторонняя FSI модель), учитывающая влияние высокоамплитудной и высокочастотной осевой вибрации ротора на динамические характеристики газового слоя, позволившая исследовать поведение уплотнения в этих условиях и оценить его работоспособность;

- трёхмассовая динамическая модель ТГДУ с учётом нелинейности жёсткости и демпфирования газового слоя, реализуемая в момент отрыва вращающегося кольца уплотнения от упора на роторе компрессора, позволившая исследовать происходящие в уплотнении нелинейные динамические процессы;

- закономерности изменения динамических характеристик (жёсткости и демпфирования) газового слоя в щели ТГДУ, а также его утечек при наличии высокоамплитудной и высокочастотной осевой вибрации ротора;

- методика расчёта динамических характеристик ТГДУ на основе созданных сопряжённой модели или комбинации газодинамических и динамической моделей уплотнения, обеспечившая оценку работоспособности ТГДУ при проектировании и анализе возникавших в эксплуатации дефектов.

Теоретическая значимость работы заключается в выявлении закономерностей динамических процессов, происходящих в ТГДУ на нестационарных режимах его работы с наличием высокоамплитудной и высокочастотной осевой вибрации ротора с учетом полученных в работе нелинейных зависимостей динамических характеристик газового слоя в щели уплотнения. Созданные модели и методика являются основой для создания инструментальных средств проектирования новых поколений уплотнений.

Практическая ценность исследования заключается в том, что созданные модели и методика позволяют оценивать работоспособность ТГДУ, а также сократить время доводки вновь создаваемых уплотнительных узлов. Это обеспечит

требуемую герметичность ТГДУ во всем диапазоне режимов работы роторного компрессора и предотвратит образование взрывоопасной смеси для безопасности работы компрессора. Результаты работы используются в ПАО «Кузнецов», фирме «BRG Machinery Consulting» и в Самарском университете.

Методы исследования.

В работе применялись численный метод Рунге - Кутта для решения дифференциальных уравнений, операторный метод определения динамических характеристик колебательной системы, дискретное преобразование Фурье и метод конечных элементов. В качестве инструментов были использованы программные пакеты «ANSYS Rigid Body Dynamic», «ANSYS CFX», «Matlab». Для проведения расчётов использовался суперкомпьютер «Сергей Королёв» и вычислительный кластер университета Вирджинии «Rivanna».

На защиту выносятся следующие положения:

- сопряжённая модель ТГДУ (двухсторонняя FSI модель) с учётом высокоамплитудной и высокочастотной осевой вибрации ротора;

- трёхмассовая динамическая модель ТГДУ с учётом нелинейных динамических характеристик газового слоя;

- выявленные закономерности изменения динамических характеристик ТГДУ при наличии высокоамплитудной и высокочастотной осевой вибрации ротора;

- методика расчёта динамических характеристик ТГДУ с использованием разработанных моделей.

Достоверность полученных результатов обеспечивается сравнением результатов расчёта с экспериментальными и эксплуатационными данными, полученными в Самарском университете, ООО «Газпром трансгаз Самара», фирме «John Crane» и в компании «BRG Machinery Consulting».

Апробация результатов исследования.

Основные результаты работы доложены на международных и всероссийских научно-технических конференциях: «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» (2014 г., Самара); «II Международный двигателестроительный

форум» (2016 г., Москва); «Международная научно-техническая конференция «Динамика и виброакустика машин» (2016 г., г. Самара); «ASME TurboExpo 2016» (2016 г., Южная Корея, г. Сеул); «ROMAC Annual Meeting 2017» (2017, США, г. Стонтон); «ASME TurboExpo 2017» (2017 г., США, г. Шарлотт); «Global Fluid Power Society PhD Symposium 2018» (2018 г., г. Самара); «VII Международная научная конференция «Проблемы механики современных машин» (2018 г., г. Улан-Удэ).

Публикации по теме диссертации.

По теме исследования опубликовано 9 работ, в том числе 4 статьи - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 4 статьи - в изданиях, индексируемых в международной базе данных SCOPUS, 1 статья - в материалах международной научной конференции.

Структура и объём диссертации.

Работа состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы. Она содержит 176 страниц текста, 89 рисунков и 14 таблиц. Список литературы включает 141 наименование.

Автор выражает благодарность научному руководителю, профессору кафедры КиПДЛА, д.т.н. С.В. Фалалееву, а также доценту кафедры КиПДЛА, к.т.н. А.С. Виноградову за ценные советы в процессе работы над диссертацией. Автор выражает благодарность профессорам кафедры КиПДЛА А.И. Белоусову и Н.И. Старцеву, старшим преподователям кафедры П.В. Бондарчуку и Д.П. Давыдову, ассистентам кафедры механики и авиационно-космической техники университета Вирджинии Н. Моргану, К. Ватсон за оказанные консультации по вопросам, касающимся диссертации. Также автор выражает благодарность президенту компании «BRG Machinery Consulting» Х. Клауду и консультанту компании Д. Бирну за помощь в предоставлении эксплуатационных данных и предоставлении замечаний по выполнению работы.

1 АНАЛИЗ ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТГДУ ПРОБЛЕМ И ПУТЕЙ ИХ РЕШЕНИЯ

1.1 Анализ типовых конструкций ТГДУ и особенности их работы в составе роторных компрессоров

Для конструирования, изготовления и эксплуатации современных уплотнительных систем в наземных роторных компрессорных установках необходимо учитывать множество факторов. Эти факторы обычно не являются критическими для других механических агрегатов, используемых в технике. А необходимость их учёта вызвана в первую очередь требованиями, предъявляемыми к уплотнениям опор ГПА:

- обеспечение герметичности в течение всего ресурса;

- создание минимального трения, изнашивания и тепловыделения;

- обеспечение функционирования узла после длительного простоя;

- обеспечение работоспособности при взаимных осевых и радиальных перемещениях деталей статора и ротора во время работы ГПА;

- обеспечения технологичности изготовления и сборки элементов ГПА.

В соответствии с приведёнными требованиями наибольших успехов при реконструкции ГПА достигла замена гидрозатворов на торцовые газодинамические уплотнения, которые появились при разработке новых образцов аэрокосмической техники около 40 лет назад [21, 22].

На рисунке 1.1 представлена конструктивная схема ТГДУ. Уплотнение обычно состоит из вращающегося кольца (1) с микроканавками на его поверхности (2) и аксиально-подвижного кольца (6), прижатого к роторному кольцу с помощью пружин (8) через кольцо (7). Спиральные канавки нагнетают газ внутрь уплотнительной щели. Вращающееся и аксиально-подвижное кольца обладают возможностью самоустановки за счёт контакта с ротором (3) и корпусом (9) соответственно через вторичные эластомерные уплотнения (4). Осевое перемещение вращающегося кольца ограничено упорами на роторе (5).

Газ, протекающий через уплотнительную щель, создает несущую способность которая поддерживает зазор (^ (обычно около 2-5 мкм) [23]. Для обеспечения нормальной работы уплотнения несущая способность уплотнения должна быть равна силе закрытия, которая является суммой сил от действия наружного давления на внешнюю торцевую поверхность аксиально-подвижного кольца (^/нар) и силе пружин ^пр).

Рисунок 1.1 - Конструкция торцового газодинамического уплотнения со спиральными канавками и действующие в нём осевые силы

В центробежных компрессорах природного газа для предотвращения утечек газа из проточной части компрессора в масляные полости опор изначально использовались гидрозатворы с масляным уплотнением, состоящим из двух притертых между собой графитовых колец, одно из которых вращается непосредственно с валом компрессора [24]. В полость между подшипником и графитовыми кольцами подается масло под давлением выше давления транспортируемого газа. Масло запирает газ, обеспечивает смазку и охлаждение пары трения. Расход масла зависит от перепада давления и геометрии поверхностей колец пары трения [25].

Однако постоянно повышающиеся требования к надежности, герметичности, весу и ресурсу уплотнений вытеснили использование гидрозатворов с масляным уплотнением и привели к широкому использованию ТГДУ. Правильно созданное

ТГДУ работает без контакта колец уплотнения с малой утечкой. Данный тип уплотнения не имеет альтернативы при необходимом обеспечении высокой герметичности и работе при очень большой частоте вращения ротора [26].

Несмотря на это, многочисленные попытки учёных расширить область применения ТГДУ, увеличить частоту вращения ротора, рабочий перепад давления и использовать ТГДУ в среде с высокой температурой доказали, что существующие методики расчёта и модели ТГДУ несовершенны [27, 28].

С развитием систем активных магнитных подшипников и их использования в качестве подвеса компрессорных установок многократно возрос интерес к ТГДУ. Комбинация магнитного подвеса и ТГДУ позволяет обеспечить эксплуатацию компрессоров без использования масла. Помимо этого, разработка новых материалов и технологий в уплотнительной технике создало предпосылки для успешного применения ТГДУ в газотурбинных установках различного назначения. ТГДУ получили широкое распространение в нагнетателях природного газа и компрессорных установках, применяемых в химической промышленности.

Преимущества ТГДУ:

- полная герметичность на стоянке и низкие утечки газа при вращении вала;

- отсутствие необходимости смазки пары трения маслом или другой жидкостью за счет использования газовой смазки (гарантированный зазор величиной 2 - 5 мкм);

- при замене штатного уплотнения на торцовое газодинамическое уплотнение не требуется существенная доработка корпуса и вала;

- упрощается маслосистема;

- поставка в виде модуля;

- высокая безопасность и длительный ресурс;

- низкие потери мощности на трение;

- низкие эксплуатационные затраты;

- исключается попадание масла в перекачиваемый нагнетателем (компрессором) газ или продукт [25].

Многолетний опыт эксплуатации уплотнительных узлов по типу ТГДУ, как импортного, так и отечественного производства в ПАО «Газпром» ТГДУ показал, что использование дорогих, технологичных ТГДУ, дает большой экономический выигрыш с течением времени [15, 29, 30]. Уплотнительные узлы на основе ТГДУ дороже традиционно используемых гидрозатворов. Однако они позволяют существенно снизить эксплуатационные затраты и, таким образом, быстро окупиться. Инвестиционные затраты на создание ТГДУ примерно в два раза превышают затраты на создание классических уплотнительных узлов, применяемых в турбомашинах. Однако система контроля и обеспечения подачи барьерного и буферного газов не требует больших затрат [31]. Также эксплуатационные затраты на обслуживание ТГДУ примерно в шесть раз ниже, при этом большую часть из них составляют затраты на контроль.

Конструкция существующих ТГДУ достаточно полно изложена в работах как зарубежных [12], так и отечественных авторов [32, 33, 34, 35]. В зависимости от условий работы ТГДУ, применяемые в промышленности, можно разделить на 4 конструктивные группы:

- одноступенчатое ТГДУ;

- двойное ТГДУ;

- двойное последовательное ТГДУ;

- тандемное двойное ТГДУ с промежуточным лабиринтным уплотнением.

К первой группе относятся классические одноступенчатые ТГДУ с

дополнительным уплотнением масляной полости (рисунок 1.2). Данная конструкция применяется, когда утечки газа в атмосферу не несут опасности жизни и здоровью людей, например в конструкции азотных компрессоров. Неоспоримым плюсом данной конструкции является её компактность. Допускается установка подобной конструкции в компрессорах, работающих с природным газом, при выводе утечек на свечу (штуцер «Б» на рисунке 1.2).

Очищенный буферный газ через штуцер «А» в корпусе подается в уплотняемую полость между кольцами уплотнения и лабиринтом с давлением, превышающим давление рабочего газа компрессора в области уплотнения.

А Б В

т

Рисунок 1.2 - Конструктивная схема классического одноступенчатого ТГДУ

Основная часть буферного газа через лабиринтное уплотнение попадает в полость компрессора. Таким образом, исключено попадание неочищенного рабочего газа из проточной части компрессора в полость уплотнения. Меньшая часть газа дросселируется через щель уплотнения и выводится на свечу через штуцер «Б». Дополнительно осуществляется подача барьерного газа (азота или воздуха) через штуцер «В», разделяя масляную полости опоры и внутреннюю полость ТГДУ. Часть барьерного газа попадает во внутреннюю полость второй ступени и отводится вместе с утечками через штуцер «Б» на свечу. Таким образом, предотвращено попадание газа в масляную полость опоры. Другая часть барьерного газа поступает через уплотнение в масляную полость опоры, выдувая из уплотнения попавшее туда в процессе работы масло. В качестве барьерного уплотнения может быть использовано лабиринтное, газостатическое или контактное уплотнение [33].

Ко второй группе относятся двойные ТГДУ с дополнительным уплотнением масляной полости (рисунок 1.3). Данная конструкция применяется в случае недопущения утечек газа в атмосферу для низконапорных компрессоров. Данный тип конструкции нашёл применение в химических и нефтеперерабатывающих промышленностях.

Г

А

Б В

Рисунок 1.3 - Конструктивная схема двойного ТГДУ

Очищенный буферный газ через штуцер в корпусе «А» подается в наружную уплотняемую полость уплотнения. Часть буферного газа через первую ступень попадает в полость между уплотнением и лабиринтом, смешиваясь с барьерным газом (штуцер «Г» на рисунке 1.3). Давление подачи барьерного газа через штуцер «Г» должно быть выше давления рабочего газа компрессора в области уплотнения и ниже давления подачи буферного газа через штуцер «А». Таким образом, исключено попадание неочищенного рабочего газа из проточной части компрессора в полость уплотнения. Другая часть буферного газа через вторую ступень уплотнения выводится на свечу через штуцер «Б». Аналогично одноступенчатому уплотнению осуществляется подача барьерного газа через штуцер «В», разделяющего масляную полость подшипника и внутреннюю полость ТГДУ.

К третьей группе относятся двойные последовательные ТГДУ. Уплотнительные узлы данной группы применяются в случае невозможности подвода азота в качестве буферного газа. Также уплотнения данной группы применяются при допущении попадания низкого количества рабочего газа в атмосферу. Данный тип уплотнительных узлов нашёл широкое применение в нагнетателях магистральных газопроводах природного газа. Уплотнительный узел состоит из двух последовательно расположенных ступеней (рисунок 1.4).

Рисунок 1.4 - Конструктивная схема двойного последовательного ТГДУ

Для работы уплотнения осуществляется подача очищенных буферного и барьерного (азота или воздуха) газов. Очищенный буферный газ через штуцер «А» подается в полость, ограниченную первой ступенью уплотнения и лабиринтом. Давление подачи буферного газа превышает давление рабочего газа компрессора перед лабиринтным уплотнением. Основная часть буферного газа через лабиринтное уплотнение поступает в полость компрессора. Таким образом, исключено попадание неочищенного рабочего газа из проточной части компрессора в полость уплотнения. Меньшая часть газа проходит через щель первой ступени уплотнения и является утечкой, которая отводится через штуцер «Б» на свечу.

Вторая (резервная) уплотнительная ступень работает с перепадом давления 0,02 - 0,05 МПа и является страховочной на случай разгерметизации первой ступени. Аналогично двум предыдущим конструкциям осуществляется подвод барьерного газа через штуцер «В», разделяющего масляную полость опоры и внутреннюю полость второй ступени уплотнения. При нормальной работе уплотнительного узла утечки через штуцер «Д» являются утечками буферного газа через барьерное уплотнение со стороны второй ступени ТГДУ, а утечками через вторую ступень ТГДУ можно пренебречь.

В случае необходимости обеспечения полной герметизации компрессора при работе с водородосодержащим газом (82% водорода), этиленом или пропиленом используются тандемные двойные ТГДУ с промежуточным лабиринтным уплотнением (рисунок 1.5).

Рисунок 1.5 - Конструктивная схема тандемного двойного ТГДУ с промежуточным лабиринтным уплотнением

Данная конструкция уплотнительного узла позволяет локализировать течение очищенного буферного рабочего газа. Все утечки буферного рабочего газа отводятся через штуцер «Б» на свечу. Буферный газ второй ступени (азот) через штуцер «Е» подаётся в наружную полость второй ступени. Давление подачи буферного газа через штуцер «Е» больше давления внутренней полости первой ступени. Таким образом, часть буферного газа второй ступени не даёт рабочему газу попасть в полость второй ступени и через промежуточное лабиринтное уплотнение отводится к штуцеру «Б» на свечу. Меньшая часть буферного газа второй ступени дросселируется через щель уплотнения и выводится на свечу через штуцер «Д». Аналогично предыдущим конструкциям осуществляется подача барьерного газа (азота или воздуха) через штуцер «В» для разделения масляной полости опоры и внутренней полости отвода утечек.

Надежность и работоспособность ТГДУ зависит преимущественно от соблюдения обслуживающим персоналом эксплуатационных правил по обслуживанию и монтажу уплотнительных узлов [36].

Для нереверсивных ТГДУ допускается вращение в обратную сторону в течении коротких интервалов со скоростью менее 1000 об/мин, тем не менее, после вращения в обратную сторону уплотнение может потребовать ремонта и должно быть осмотрено [17].

Рекомендуется избегать постоянных скоростей ниже 1000 об/мин. Это позволит устранить случайное касание (и изнашивание) уплотнительных поверхностей из-за образования достаточно жесткой пленки газа в щели уплотнения.

Не допускается заполнение контура газом до подачи буферного газа и барьерного воздуха. Подача буферного газа в уплотнение должна осуществляться на всех режимах работы нагнетателя, при наличии давления в проточной части и вращении ротора. Если при наличии давления в проточной части и вращении ротора произошел перерыв в подаче буферного газа, следует выполнить ревизию узлов ТГДУ [25].

В соответствии с требованиями по эксплуатации ТГДУ в буферном газе должны отсутствовать тяжелые углеводороды и вещества, способные выпасть и отложиться на деталях ТГДУ при его работе. Также не допускается наличие в буферном газе химически активных веществ, способных вызвать коррозию материалов.

1.2 Классификация отказов ТГДУ

Торцовые газодинамические уплотнения нашли широкое применение в нагнетателях газоперекачивающих агрегатов. Отказ ТГДУ приводит к значительным финансовым потерям [37]. Это связанно не только с заменой, вышедшего из строя уплотнительного узла, но и с повреждениями рабочих ступеней, корпусных деталей, изгибов валов, разрушения опор и зубчатых

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Бадыков Ренат Раисович, 2020 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. «Газотранспортные системы: настоящее и будущее» (2015, Москва, GTS-2015), VI международная научно-техническая конференция, 2011 г. [Текст]: тез. докл. / Науч.-метод. совет VI международной научно-технической конференции. - М.: Газпром ВНИИГАЗ, 2015. - 174 с.

2. Щуровский, В.А. Энергоемкость магистрального транспорта газа и потребности в газоперекачивающей технике [Текст] / В.А. Щуровский // сборник докладов III Международной научно-технической конференции «Газотранспортные системы: настоящее и будущее» (GTS-2009). - М.: Газпром ВНИИГАЗ, 2009. - С. 261-267.

3. Наумов, Е.Д. Опыт внедрения и эксплуатации бессмазочных центробежных компрессоров природного газа мощностью 16 МВт [Текст] / Е.Д. Наумов, А.Г. Овсиенко, В.П. Парафейник, Е.И. Пшик, В.Н. Емельяненко, В.И. Данилейко // Компрессорная техника и пневматика. -2001. - Т. 8. - С. 7-10.

4. Крившич, И.Г. Модернизация отечественных и зарубежных центробежных компрессоров путём перевода их на сухие газовые уплотнения [Текст] / И.Г. Крившич, С.А. Павлюк, А.В. Дейнека, С.А. Колесник // Труды III международного симпозиума «Потребители-производители компрессоров и компрессорного оборудования - 1997». - 1997. - С. 111-115.

5. Фалалеев, С.В. Повышение надёжности радиально-торцовых уплотнений опор роторов авиационных двигателей [Текст] / С.В. Фалалеев, П.В. Бондарчук, И.Д. Ибатуллин, Р.Р. Бадыков // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва (национального исследовательского университета). -2015. - Т. 14. - № 3-2. - С. 345-353.

6. Шайхутдинов, А.З. Инновационное развитие газоперекачивающей техники - основа энергосберегающей политики ОАО «Газпром» [Текст] / А.З. Шайхутдинов, В.В. Седов, С.Ю. Сальников // сборник докладов III Международной научно-технической конференции «Газотранспортные системы: настоящее и будущее» (GTS-2009). - М.: Газпром ВНИИГАЗ, 2009. - С. 11-12.

7. Виноградов, А.С. Совершенствование методов и средств проектирования торцовых бесконтактных уплотнений тепловых двигателей и энергетических установок [Текст]: дис. канд. тех. Шук: 05.07.05: защищена 12.2001: утв. 2002 / Виноградов Александр Сергеевич. - Самара: СГАУ им. академика С.П.Королёва, 2001. - 234 с.

8. Работы ведущих авиадвигателестроительных компаний в обеспечение создания перспективных авиационных двигателей [Текст]: аналитический обзор / под общей редакцией В.А.Скибина и В.И.Солонина. - M.: ЦИАM, 2010. - б73 с.

9. Труды международной конференции «ASME TURBO EXPO 2011» [Текст]: тез. докл. / Совет международной конференции «ASME TURBO EXPO 2011». - Vancouver, BC, Canada. - 2011.

10. «РОСТЕФТЬ» г.п., РФ M., «ГАЗПРОM» р.а.о. РД 39-135-94 Шрмы технологического проектирования газоперерабатывающих заводов [Текст]. - M.: РОСТЕФТЬ, 1994. - 89 с.

11. Будзуляк, Б.В. Mегапроект «Ямал-Европа» [Текст] / Б.В. Будзуляк, С.А. Дзюба, В.А. Щуровский // Газотурбинные технологии. - 2007. - С. 2-7.

12. Stahley, J.S. Dry gas seals handbook [Text] / J.S. Stahley. - 1st ed. - Tulsa: PennWell, 2005. - 135 p.

13. Фалалеев, С.В. "Сухое" газовое уплотнение для нагнетателя 370-18-1 [Текст] / С.В. Фалалеев, Д.К. Швиков, В.Б. Балякин, H.R Россеев, С.Д. Mедведев, Ю.А. Клячин // Газовая промышленность. - 1998. - Т. 4. - С. 55-57.

14. Алеев, Ю.В. Безмасляный («сухой») центробежный нагнетатель ИЦ-1б мощностью 1б MВт для магистральных газопроводов [Текст] / Ю.В. Алеев, В.С. Братишко, Я.З. Гузельбаев, Б.А. Ильин, А.Т. Лунёв, А.П. Сарычев, В.П. Сидоров, И.Г. Хисамеев, А.Б. Шитиков // Компрессорная техника и пневматика. -1997. - Т. 3. - № 4. - С. 14б-153.

15. Крившич, И.Г. Опыт внедрения систем сухих газовых уплотнений Грейс для нагнетателей природного газа [Текст] / И.Г. Крившич, С.А. Павлюк, С.А. Колесник, П.П. Тютенко // Труды Х международного симпозиума «Потребители-

производители компрессоров и компрессорного оборудования - 2004». - 2004. - С. 89-92.

16. ГОСТ 28775-90 Агрегаты газоперекачивающие с газотурбинным приводом. Общие технические условия [Текст]. - Офиц.-е изд. М.: Стандартинформ, 2005. - 11 с.

17. Фалалеев, С.В. Проблемы создания и перспективы использования реверсивных торцовых газодинамических уплотнений для нагнетателей природного газа [Текст] / С.В. Фалалеев, Д.К. Новиков, В.Б. Балякин, О.А. Степаненко, С.Д. Медведев // Гервикон-2005: Труды 11-ой международной научно-технической конференции. - Сумы, Украина: Вид-во СумДУ, 2005. - Т. 3. - С. 291297.

18. Соколов, Н.В. Осевые перемещения упорного диска при переменных режимах работы центробежного компрессора [Текст] / Н.В. Соколов, М.Б. Хадиев, Т.В. Максимов // Материалы IX Международной научно-технической конференции "Инновационные машиностроительные технологии, оборудование и материалы - 2018". - Казань: КНИТУ, 2018. - С. 99-103.

19. Соколов, Н.В. Характер осевых колебаний ротора при переменных режимах работы центробежной компрессорной установки [Текст] / Н.В. Соколов, М.Б. Хадиев, А.Л. Хавкин, И.Ф. Хуснутдинов // Компрессорная техника и пневматика. - 2018. - Т. 4. - С. 29-32.

20. Ojile, J. Mechanical seal failure analysis [Text] / J.Ojile, J. Teixeira, C. Carmody // Tribology Transactions. -2010. - Vol. 53. - P. 630-635.

21. Фалалеев, С.В. Торцевые бесконтактные уплотнения летательных аппаратов: Основы теории и проектирования [Текст] / С.В. Фалалеев, Д.Е. Чегодаев. - М.: МАИ, 1998. - 274 с.

22. Дячек, П.И. Насосы, вентиляторы, компрессоры [Текст] / П.И. Дячек. -М.: Издательство ACB, 2013. - 432 с.

23. Müller, H.K. Fluid Sealing Technology, Principles and Applications [Text] / H.K. Müller, B.S. Nau. - New York: CRC Press, 1998. - 504 p.

24. Максимов, В.А. Трибология подшипников и уплотнений жидкостного трения высокоскоростных турбомашин [Текст] / В.А. Максимов, Г.С. Баткис. -Казань: Фэн, 1998. - 428 с.

25. Медведев, С.Д. Разработка методов и средств повышения эксплуатационной надежности системы "Конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа" [Текст]: дис. канд. тех. Наук: 05.07.05: защищена 22.08.2010: утв. 2011 / Медведев Станислав Данилович - Самара: СГАУ им. академика С.П.Королёва, 2010. - 390 с.

26. Фалалеев, С.В. Разработка газо- и гидродинамических уплотнений для опор турбомашин [Текст] / С.В. Фалалеев, А.И. Белоусов, А.С. Виноградов, П.В. Бондарчук, Р.Р. Бадыков, Х. Наджари // Насосы. Турбины. Системы. - 2017. - Т. 4.

- № 25. - С. 6-17.

27. Vinogradov, A.S. Seal design features for systems and units of aviation engines [Text] / A.S. Vinogradov // Life Science Journal. - 2014. - Vol. 11. - No. 8. - P. 575-580.

28. Belousov, A.I. On application of the theory of face seals with microgrooves to high-speed FV engine rotors [Text] / A.I. Belousov, S.V. Falaleev, A.S. Demura // Russian Aeronautics. - 2009. - Vol. 52. - No. 3. - P. 335-339.

29. Селянская, Е.П. Модернизация системы концевых уплотнений центробежного компрессора - «плюсы и нюансы» [Текст] / Е.П. Селянская, С.В. Женихов, О.Д. Коновалов, А.В. Леверов // Компрессорная техника и пневматика. -2007. - Т. 2. - С. 26-30.

30. Спирин, Н.Ю. Опыт разработки и переоснащения центробежного компрессора высокого давления «сухими» газовыми уплотнениями [Текст] / Н.Ю. Спирин, Е.А. Медведков, Г.Н. Мачехин, В.Е. Кузьмин // Турбины и компрессоры.

- 1998. - Т. 6. - № 7. - С. 56-61.

31. Feodor Burgmann Dichtungswerke GmbH. Gasgeschmierte Gleitringdichtungen [Text] / Feodor Burgmann Dichtungswerke GmbH. -Wolfratshausen: Feodor Burgmann Dichtungswerke GmbH, 1977. - 75 p.

32. Ден, Г.Н. Сухие торцовые газовые канавочные уплотнения роторов турбомашин [Текст] / Г.Н. Ден // Турбины и компрессоры. - 1997. - Т. 3. - № 4. -С. 47-57.

33. Максимов, В.А. К вопросу классификации «сухих» газодинамических уплотнений компрессорных машин, особенности конструирования [Текст] / В.А. Максимов, В.К. Хайсанов, Е.А. Новиков, В.А. Дементьев, И.Н. Серазутдинов // Вестник Казанского технологического университета. - 2012. - Т. 16. - С. 136-139.

34. Новиков, Е.А. Газодинамические уплотнения [Текст] / Е.А. Новиков. -Казань: КНИТУ, 2013. - 252 с.

35. Фалалеев, С.В. Торцовые газодинамические уплотнения [Текст] / С.В. Фалалеев, Д.К. Новиков, В.Б. Балякин, В.В. Седов. - Самара: СНЦ РАН, 2013. - 300 с.

36. Королёв, В.С. Анализ конструктивных особенностей торцовых газодинамических уплотнений газоперекачивающих агрегатов [Текст] / В.С. Королёв, В.Г. Паненко, В.Р. Пшик, Р.Б. Вощенко // Компрессорная техника и пневматика. - 2007. - Т. 4. - С. 10-13.

37. Медведев, С.Д. Повышение эксплуатационной надежности ГПА развитием конверсированных авиационных технологий [Текст] / С.Д. Медведев, С.В. Фалалеев, Д.К. Новиков, В.Б. Балякин. - Самара: СНЦ РАН, 2008. - 371 с.

38. Болдырев, Ю.Я. К проблеме построения асимптотического уравнения Рейнольдса газовой смазки [Текст] / Ю.Я. Болдырев // Известия АН СССР. МЖГ. -1991. - Т. 6. - С. 8-14.

39. Болдырев, Ю.Я. О расчёте сухих газовых уплотнений со спиральными канавками валов турбокомпрессорных машин [Текст] / Ю.Я. Болдырев, Б.С. Григорьев, Г.А. Лучин // Компрессорная техника и пневматика. - 1994. - Т. 4. - № 5. С. 59-62.

40. Болдырев, Ю.Я. Особенности сухих уплотнений, оптимизация их микрогеометрии, исследование и перспективы внедрения [Текст] / Ю.Я. Болдырев, А.В. Зуев // Компрессорная техника и пневматика. - 1997. - Т. 3. - № 4. - С. 89-96.

41. Максимов, В.А. Расчёт газостатодинамических торцовых уплотнений со спиральными канавками валов турбокомпрессоров высокого давления [Текст] / В.А. Максимов, М.Б. Хадиев, Р.М. Галиев, Н.Н.Саримов // Компрессорная техника и пневматика. - 1997. - Т. 16. - № 17. - С. 80-84.

42. Новиков, Е.А. Форма уплотнительного зазора в «сухом» газодинамическом уплотнении [Текст] / Е.А. Новиков // Вестник Казанского технологического университета. - 2013. - Т. 21. С. 254-257.

43. Фалалеев, С.В. Динамическая модель торцового газодинамического уплотнения для газоперекачивающего агрегата [Текст] / С.В. Фалалеев, В.В. Седов, А.С. Виноградов, И.С. Виноградов // Известия самарского научного центра РАН. -2009. - Т. 11. - № 3. С. 197-201.

44. Демура, А.С. Методика расчёта торцового уплотнения с микроконавками [Текст] / А.С. Демура, Фалалеев С.В. // Известия самарского научного центра РАН. - 2008. - Т. 10. - № 3. - С. 834-837.

45. Хао, М. Эксперементальное исследование новых конструкций торцовых уплотнений со структурами обратного нагнетания [Текст] / М. Хао, С.В. Фалалеев // Труды международной научно-технической конференции Проблемы и перспективы развития двигателестроения. - Самара, 2003. - С. 108-116.

46. Фалалеев, С.В. Создание системы диагностики торцовых газодинамических уплотнений [Текст] / С.В. Фалалеев, И.С. Виноградов, В.В. Мидюкин // Вестник СГАУ. - 2012. - Т. 3. - № 3. - С. 11-15.

47. Фалалеев, С.В. Эксперементальные исследования торцового газодинамического уплотнения [Текст] / С.В. Фалалеев, В.Б. Балякин, Д.К. Новиков, В.В. Седов, И.С. Виноградов // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2011. - Т. 13. - № 4. - С. 209-212.

48. Фалалеев, С.В. Разработка методики эквивалентных испытаний торцовых газодинамических уплотнений [Текст] / С.В. Фалалеев, С.Д. Медведев // Известия самарского научного центра РАН. - 2008. - Т. 10. - № 3. - С. 844-848.

49. Фалалеев, С.В. Унификация конструкции газодинамических уплотнений [Текст] / С.В. Фалалеев, В.В. Седов, В.В. Мидюкин // Вестник СГАУ.

- 2011. - Т. 3. - № 3. - С. 11-14.

50. Etsion, I. State of the art in laser surface texturing [Text] / I. Etsion // Journal of Tribology. - 2005. - Vol. 127. - No. 1. - P. 248-253.

51. Chang, W.R. An elastic-plastic model for the contact of rough surfaces [Text] / W.R. Chang, I. Etsion, D.B. Bogy // Journal of Tribology, TRANS. ASME. -1987. - Vol. 109. - No. 2. - P. 257-263.

52. Kogut, L. Elastic-plastic contact analysis of a sphere and a rigid flat [Text] / L. Kogut, I. Etsion // Journal of Applied Mechanics, Transactions ASME. - 2002. - Vol. 69. - No. 5. - P. 657-662.

53. Green, I. A finite element study of elasto-plastic hemispherical contact against a rigid flat [Text] / I. Green // Journal of Tribology. - 2005. - Vol. 127. - No. 2.

- P. 343-354.

54. Green, I. A statistical model of elasto-plastic asperity contact between rough surfaces [Text] / I. Green, R. Jackson // Tribology International. -2006. - Vol. 39. - No. 9. - P. 906-914.

55. Jackson, R. A finite element study of the residual stress and deformation in hemispherical contacts [Text] / R. Jackson, I. Chusoipin, I. Green // Journal of Tribology.

- 2005. - Vol. 127. - No. 3. - P. 484-493.

56. Green, I. On the kinematics and kinetics of mechanical seals, rotors, and wobbling bodies [Text] / I. Green // Proceedings of the 11th International Symposium on Transport Phenomena and Dynamics of Rotating Machinery (ISROMAC-11). - 2006. -Vol. 2. - P. 652-657.

57. Green, I. A transient dynamic analysis of mechanical seals including asperity contact and face deformation [Text] / I. Green // Tribology and Lubrication Technology.

- 2005. - Vol. 61. - No. 6. P. 52-63.

58. Miller, B. Semi-analytical dynamic analysis of spiral-grooved mechanical gas face seals [Text] / B. Miller, I. Green // Journal of Tribology. - 2003. - Vol. 152. -No. 2. - P. 403-413.

59. Lebeck, A.O. Parallel sliding load support in the mixed friction regime. Part 1 - the experimental data; Part 2 - evaluation of the mechanisms [Text] / A.O. Lebeck // Journal of Tribology. - 1987. - Vol. 109. - No. 1. - P. 189-205.

60. Lebeck, A.O. Mixed lubrication in mechanical face seals with plain faces [Text] / A.O. Lebeck // International Journal for Numerical Methods in Engineering. -1985. - Vol. 21. - No. 3. - P. 421-435.

61. Lebeck, A.O. Finite element for the three-dimensional deformation of a circular ring [Text] / A.O. Lebeck, J.S. Knowlton // International Journal for Numerical Methods in Engineering. - 1985. - Vol. 21. - No. 3, - P. 421-435.

62. Harp, S.R. An average flow model of rough surface lubrication with inter-asperity cavitation [Text] / S.R. Harp, R.F. Salant // Journal of Tribology. - 2001. - Vol. 123. - No. 1. - P. 134-143.

63. Salant, R.F. Numerical analysis of a slider bearing with a heterogeneous slip/no-slip surface [Text] / R.F. Salant, A. Fortier // Journal of Tribology. - 2007. - Vol. 129. - No. 1. - P. 91-97.

64. Salant, R.F. Numerical model of a reciprocating hydraulic rod seal [Text] / R.F. Salant, N. Maser , B. Yang // Tribology Transactions. - 2004. - Vol. 47. - No. 3. -P. 328-334.

65. Peng, X. Effect of different section profile micro-pores on seal performance of a laser surface textured mechanical seal [Text] / X. Peng // Mocaxue Xuebao Tribology. -2006. - Vol. 26. - No. 4. - P. 367-371.

66. Bai, S. A hydrodynamic laser surface-textured gas mechanical face seal [Text] / S. Bai, X. Peng, Y. Li, S. Sheng // Tribology Letters. - 2010. - Vol. 38. - No. 2. - P. 187-194.

67. Peng, X. Numerical analysis of deformation of a non-contacting gas lubricated seal [Text] / X. Peng // Mocaxue Xuebao Tribology. - 2004. - Vol. 24. - No. 6. - P. 536-540.

68. Chen, Y. Experimental and theoretical studies of the dynamic behavior of a spiral-groove dry gas seal at high-speeds [Text] / Y. Chen, X. Peng, J. Jiang, X. Meng, J. Li // Tribology International. - 2018. - Vol. 125. - P. 17-26.

69. Chen, Y. Dynamic characteristics and transient sealing performance analysis of hyperelliptic curve groove dry gas seals [Text] / Y. Chen, J. Jiang, X. Peng // Tribology International. - 2017. - Vol. 116. - P. 217-228.

70. Zhou, J. An Improved Design of Spiral Groove Mechanical Seal [Text] /J. Zhou, B. Gu, Y. Chen // Chinese Journal of Chemical Engineering. - 2007. - Vol. 15. -No. 4. - P. 499-506.

71. Wei, L. Contact fractal model for friction faces of mechanical seals [Text] / L. Wei, B. Gu, X. Feng, F. Feng // Huagong Xuebao CIESC Journal. - 2009. - Vol. 60.

- No. 10. - P. 2543-2548.

72. Zhou, J. Heat-transfer character analysis of rings of mechanical seal [Text] / J. Zhou, B. Gu // Gongcheng Xuebao Chinese Journal of Mechanical Engineering. - 2006.

- Vol. 42. - No. 9. - P. 201-206.

73. Wang, B. Flow dynamics of a spiral-groove dry-gas seal [Text] / B. Wang, H. Zhang, H. Cao // Chinese Journal of Mechanical Engineering. - 2013. - Vol. 26. - P. 78-84.

74. Liu, Y. Dynamic coefficients for gas film face seal [Text] / Y. Liu, W. Xu, Z. Wang, X. Shen// Qinghua Daxue Xuebao Journal of Tsinghua University. - 2002. -Vol. 42. - No. 2. - P. 185-189.

75. Bonneau, D. Finite element analysis of grooved gas thrust bearings and grooved gas face seals [Text] / D. Bonneau, J. Huitric, B. Tournerie // Journal of Tribology. - 1993. - Vol. 115. - No. 3. - P. 348-354.

76. Brunetière, N. TEHD lubrication of mechanical face seals in stable tracking mode: Part 1 - Numerical model and experiments [Text] / N. Brunetière, B. Tournerie, J. Frêne // Journal of Tribology. - 2003. - Vol. 125. - No. 3. - P. 608-616.

77. Brunetière, N. TEHD lubrication of mechanical face seals in stable tracking mode: Part 2 - Parametric study [Text] / N. Brunetière, B. Tournerie, J. Frêne // Journal of Tribology. - 2003. - Vol. 125. - No. 3. - P. 617-627.

78. Brunetière, N. A modified turbulence model for low Reynolds numbers: Application to hydrostatic seals [Text] / N. Brunetière // Journal of Tribology. - 2005. -Vol. 127. - No. 1. - P. 130-140.

79. Brunetière, N. Influence of fluid flow regime on performances of non-contacting liquid face seals [Text] / N. Brunetière, B. Tournerie, J. Frêne // Journal of Tribology. - 2002. - Vol. 124. - No. 3. - P. 515-523.

80. Delrahim, J. Recommended practices for successful dry gas seal operation in ethylene plants [Text] / J. Delrahim // AIChE Ethylene Producers Conference Proceedings. - 2009. - Vol. 1. - P. 126-134.

81. Ochiai, M. Hashimoto H. Study on angular displacement characteristics on topological optimum design problem of hydrodynamic thrust air bearing [Text] / M. Ochiai, H. Sasaki, Y. Sunami // Tribology Online. - 2015. - Vol. 10. - No. 2. - P. 115120.

82. Ден, Г.Н. Термогазодинамика сухих торцевых газовых уплотнений роторов турбомашин [Текст] / Г.Н. Ден. - Владивосток: Дальрыбвтуз, 2003. - 290 с.

83. Green, I. Real-time monitoring and control of mechanical face-seal dynamic behaviour [Text] / I. Green // Sealing Technology. - 2001. - Vol. 96. - P. 6-11.

84. Dayan, J. Contact elimination in mechanical face seals using active control [Text] / J. Dayan, M. Zou, I. Green // IEEE Transactions on Control Systems Technology.

- 2002. - Vol. 10. - No. 3. - P. 344-354.

85. Белоусов, А.И. Динамические характериситки торцовых гидростатических уплотнений двигателей летательных аппаратов [Текст] / А.И. Белоусов, В.А. Зрелов, С.В. Фалалеев. - Куйбышев: КуАИ, 1985. - 28 с.

86. Зрелов, В.А. Исследованиехарактеристик торцового газостатичного уплотнения с элатичной поверностью [Текст] / В.А. Зрелов, С.В. Фалалеев // Вибрационная прочность и надёжность двигателей и ситем летательных аппаратов.

- 1985. - Т. 2. - С. 25-31.

87. Кондаков, Л.А. Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник [Текст] / Л.А. Кондаков, А.И. Голубев, В.Б. Овандер, В.В. Гордеев , Б.А. Фурманов, В.В. Кармугин. - М.: Машиностроение, 1986. - 464 с.

88. Ruan, B. Numerical modeling of dynamic sealing behaviors of spiral groove gas face seals [Text] / B. Ruan // Journal of Tribology. - 2002. - Vol. 124. - P. 186-195.

89. Ruan, B. A semi-analytical solution to the dynamic tracking of non-contacting gas face seals [Text] / B. Ruan // Journal of Tribology, ASME. - 2002. - Vol. 124. - P. 196-202.

90. Etsion, I. Dynamic analysis of noncontacting face seals [Text] / I. Etsion // Journal of Lubrication Technology. - 1982. - Vol. 104. - P. 460-468.

91. Harp, S.R. Analysis of mechanical seal behavior during transient operation [Text] / S.R. Harp, R.F. Salant // Journal of Tribology. - 1998. - Vol. 120. - P. 191-197.

92. Miller, B. Numerical Formulation for the Dynamic Analysis of Spiral-Grooved Gas Face Seals [Text] / B. Miller, I. Green // Journal of Tribology. - 2001. -Vol. 123. - P. 395-403.

93. Miller, B. Numerical Techniques for Computing Rotor dynamic Properties of Mechanical Gas Face Seals [Text] / B. Miller, I. Green // Journal of Tribology, ASME. - 2001. - Vol. 123. - P. 395-403.

94. Whipple, R. Herringbone Pattern Thrust Bearing [Text] / R. Whipple // AERE. - 1949. - Vol. T/M 29.

95. Константинеску, В.Н. Газовая смазка [Текст] / В.Н. Константинеску. -М.: Машиностроение, 1986. - 709 с.

96. Muijderman, E. Spiral groove bearings [Text] / E. Muijderman. - Berlin: Springer - Verlag, 1996.

97. Green, I. Fluid film dynamic coefficients in mechanical face seals [Text] / I. Green, I. Etsion // Journal of Tribology. - 1983. - Vol. 105. - P. 297-302.

98. Пинегин, С.В. Газодинамические подпятники со спиральными канавками [Текст] / С.В. Пинегин, А.В. Емельянов, Ю.Б. Табачников. - М.: Наука, 1977. - 107 с.

99. Ruan, B. Finite element analysis of the spiral groove gas face seal at the slow speed and the low pressure conditions - slip flow consideration [Text] / B. Ruan // Tribology Transactions. - 2000. - Vol. 43. - P. 411-418.

100. Xu, J. CFD simulation of microscale flow field in spiral groove dry gas seal [Text] / J. Xu, X. Peng, S. Bai, X. Meng // Proceedings of 2012 8th IEEE/ASME

International Conference on Mechatronic and Embedded Systems and Applications, MESA. - 2012. - P. 211-217.

101. Shahin, I. Three Dimensional Computational Study for spiral Dry Gas Seal with Constant Groove Depth and Different Tapered Grooves [Text] / I. Shahin, M. Gadala, M. Alqaradawi, O. Badr // Procedia Engineering. - 2013. - Vol. 68. - P. 205212.

102. Lee, S. Analyses of both steady behavior and dynamic tracking of non-contacting spiral-grooved gas face seals [Text] / S. Lee, X. Zheng // Computers and Fluids. - 2013. - Vol. 22. - P. 326-333.

103. Ден, Г.Н. Газодинамические характеристики различных типов сухих торцовых газовых канавочных уплотнений роторов турбомашин [Текст] / Г.Н. Ден, В.К. Юн // Турбины и компрессоры. - 2001. - Т. 3. - № 4. - С. 40-46.

104. Юн, В.К. Программа расчёта сухих уплотнений валов турбомашин [Текст] / В.К. Юн // Турбины и компрессоры. - 2002. - Т. 3. - № 4. - С. 58-62.

105. Ден, Г.Н. К расчёту сухих торцовых газовых уплотнений с U-образными канавками [Текст] / Г.Н. Ден, В.К. Юн // Турбины и компрессоры. -2003. - Т. 1. - № 2. - С. 14-19.

106. Левашов, В.А. Влияние геометрии канавок сухих уплотнений на их рабочие характеристики [Текст] / В.А. Левашов, В.Н. Пушкарь // Труды XIII международной научно-технической конференции по компрессоростроению. -Сумы, 2004. - Т. 3. - С. 116-121.

107. Роговой, Е.Д. Постановка связанной задачи газодинамики и теплопроводности для расчёта рабочих пар «сухих» торцовых уплотнений [Текст] / Е.Д. Роговой, В.А. Левашов, Л.В. Розова // Вюник Сумського державного ушверситету. - 2003. - Т. 3. - № 49. - С. 90-94.

108. Бухолдин, Ю.С. Исследование рабочих пар «сухих» торцовых уплотнений на основе газодинамического и термонапряжённого анализа [Текст] / Ю.С. Бухолдин, В.А. Левашов, В.И. Пушкарь // Вюник Сумського державного ушверситету. - 2003. - Т. 3. - № 49. - С. 90-94.

109. Роговой, Е.Д. Автоматизация проектирования рабочих пар «сухих» уплотнений на основе газодинамического и термоупругого анализа [Текст] / Е.Д. Роговой, В.А. Левашов, Л.В. Розова, А.М. Киселёв // Труды XIII международной научно-технической конференции по компрессоростроению. - Сумы, 2004. - Т. 3.

- С. 170-178.

110. Иванов, А.В. Влияние формы зазора бесконтактного уплотнения высокооборотной турбомашины на его параметры [Текст] / А.В. Иванов // Вестник Брянского государственного технического университета. - 2016. - Т. 4. - № 52. -С. 39-45.

111. Su, H. Thermohydrodynamics of bidirectional groove dry gas seals with slip flow [Text] / H. Su, R. Rahmani, H. Rahnejat // International Journal of Thermal Sciences.

- 2016. - Vol. 110. - P. 270-284.

112. Blasiak, S. A parametric and dynamic analysis of non-contacting gas face seals with modified surfaces [Text] / S. Blasiak, A. Zahorulko // Tribology International.

- 2016. - Vol. 94. - P. 126-137.

113. Xu, W. Spiral-grooved gas face seal for steam turbine shroud tip leakage reduction: Performance and feasibility analysis [Text] / W. Xu, J. Yang // Tribology International. - 2016. - Vol. 98. - P. 242-252.

114. Fairuz, Z.M. The influence of real gas effects on the performance of supercritical CO2 dry gas seals [Text] / Z.M. Fairuz, I. Jahn // Tribology International. -

2016. - Vol. 102. - P. 333-347.

115. Иванов, А.В. Моделирование условий возникновения и спсобов борьбы с угловыми колебаниями плавающих колец уплотнений турбонасосных агрегатов [Текст] / А.В. Иванов // Насосы. Турбины. Системы. - 2015. - Т. 1. - № 14. - С. 78-80.

116. Vinogradov, A.S. Dry gas face seal design with arbitrary gap shape [Text] / A.S. Vinogradov, S.V. Falaleev, R.R. Badykov // Proceedings of the ASME Turbo Expo

2017. - 2017. - Vol. 5B.

117. Фалалеев, С.В. Некоторые вопросы проектирования торцовых бесконтактных уплотнений [Текст] / С.В. Фалалеев, А.С. Виноградов // Компрессорная техника и пневматика. - 1998. - Т. 1. - № 2. - С. 45-50.

118. Антипов, В.А. Совершенствование упруго-демпфирующих свойств опор роторов энергетических установок транспортных средств [Текст] / В.А. Антипов, Д.И. Понаморенко, В.Л. Береснев, Н.В. Назарова // Наука и образование транспорту. - 2018. - Т. 2. - С. 195-199.

119. Антипов, В.А. Реализация продольной силы в роторах турбомашин [Текст] / В.А. Антипов, А.А. Свечников, Д.И. Понаморенко // Наука и образование транспорту. - 2016. - Т. 2. - С. 223-226.

120. Михеев, М.А. Основы теплопередачи [Текст] / М.А. Михеев. - М.: Госэнергоиздат, 1956. - 378 с.

121. Роговой, Е.Д. Создание специализированного программного комплекса для расчёта газодинамических торцовых уплотнений в среде Visual C ++ [Текст] / Е.Д. Роговой, В.А. Левашов, А.М. Киселёв, Л.В. Розова // Вестник Национального технического университета «ХПИ». - 2002. - Т. 9. - № 9. - С. 23-26.

122. Щербаков, М.А. Определение коэффициентов теплоотдачи при моделировании задач в ANSYS CFX [Текст] / М.А. Щербаков // Авиационно-космическая техника и технология. - 2011. - Т. 7. - №. 84. - С. 165-169.

123. Badykov, R.R. Gas dynamic face seal tightness under non-stationary loading [Text] / R.R. Badykov, A.S. Vinogradov // Proceedings of the ASME Turbo Expo 2016. -2016. - Vol. 7B-2016.

124. Buelow, P. Effect of grid aspect ratio on convergence [Text] / P. Buelow, S. Venkateswaran, C. Merkle // AIAA journal. - 1994. - Vol. 32. - P. 2401-2408.

125. Gabriel, R. Fundamentals of spiral groove noncontacting face seals [Text] / R. Gabriel // Journal of the Society of Tribologists and Lubrication Engineers. - 1994. -Vol. 50. - P. 215-224.

126. Декарт, Р. Геометрия [Текст] / Р. Декарт. - М.: Гостехиздат, 1938. - 297

с.

127. Медведев, С.Д. Создание эксперементальной базы дляиспытаний торцовых газодинамических уплотнений [Текст] / С.Д. Медведев, В.В. Седов , С.В. Фалалеев, В.Б. Балякин, Д.К. Новиков, Д.С. Лёжин // Мега Паскаль: специализированный информационно-аналитический журнал. - 2008. - Т. 3. - С. 14-16.

128. Lebeck, A.O. Hydrodynamic lubrication in wavy contacting face seals: a two dimensional model [Text] / A.O. Lebeck // Journal of Lubrication Technology, Transactions of ASME. - 1981. - Vol. 103. - P. 578-586.

129. ANSYS Inc. ANSYS User's Guide Release 15.0. [Text]. - Canonsburg: ANSYS Inc., 2013. - 2038 p.

130. Elrod, H.G. Determination of Gas-Bearing Stability by Response to a StepJump [Text] / H.G. Elrod, J.T. Mccabe, T.Y. Chu // ASME Journal of Lubrication Technology. - 1967. - Vol. 89. - P. 493-498.

131. Shapiro, W. Implamintation of Time-Transient and Step-Jump Dynamic Analysis of Gas-Lubricated Bearings [Text] / W. Shapiro, R. Colsher // ASME Journal of Lubrication Technology. - 1970. - Vol. 92. - P. 518-529.

132. Ден, Г.Н. Оценка влияния наклона спиральных канавок на характеристики газовых торцовых уплотнений [Текст] / Г.Н. Ден, С.И. Крицул // Процессы холодильных машин и установок низкотемпературной энергетики: межвуз. сб. тр. ЛТИХП. - 1992. - С. 99-106.

133. Ден, Г.Н. Математическая модель бесканавочного участка сухого газового торцового уплотнения со спиральными канавками [Текст] / Г.Н. Ден, С.И. Крицул // Компрессорная техника и пневматика. - 1995. - Т. 6. - № 7. - С. 28-32.

134. Абрамович, Г.Н. Прикладная газовая динамика [Текст] / Г.Н. Абрамович. - М.: Наука, 1969. - 824 с.

135. Андрианов, А.В. Динамическая модель роторной системы центробежного нагнетателя ГПА с активным магнитным подвесом [Текст] / А.В. Андрианов, Я.З. Гузельбаев, Э.В. Сусликов // Компрессорная техника и пневматика. - 2015. - Т. 4. - С. 7.

136. Белоусов, А.И. Исследование динамики торцового бесконтактного уплотнения с помощью многомассовых реологических моделей [Текст] / А.И. Белоусов, В.Б. Балякин, А.И. Люлев // Труды X МНТК ГЕРВИКОН 2002. -Украина, Сумы. - 2002. - Т. 1. - С. 24-32.

137. Green, I. Pressure and Squeeze Effects on the Dynamic Characteristics of Elastomer O-Rings Under Small Reciprocating Motion [Text] / I. Green, I. Etsion // Journal of Tribology. - 1986. - Vol. 108. - No. 3. - P. 439-444.

138. Шакиров, Ф.М. Использование реологических моделей релаксационного демпфирования для исследования динамики опоры ротора [Текст] / Ф.М. Шакиров, В.Б. Балякин // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2001. - Т. 3. - № 2. - С. 204-213.

139. Lebeck A.O. Principles and Design of Mechanical Face Seals [Text] / A.O. Lebeck. - New York: John Wiley & Son Inc, 1991. - 800 p.

140. Stahley, J.S. Design, Operation, And Maintenance Considerations For Improved Dry Gas Seal Reliability In Centrifugal Compressors [Text] / J.S. Stahley // Turbomachinery and Pump Symposia. - 2001. - Vol. 1. - P. 203-208.

141. John Crane Americas. Dry gas seal observation report 0511-0517 [Text] / John Crane Americas. - NY: John Crane Americas, 2008. - 1st ed. - 11 p.