Page 94 - 《摩擦学学报》2020年第5期

第 5 期 吴可欣, 等: 阻旋栅对梳齿密封动静特性影响研究 649

Y Y

Whirling Rotation
speed Ω speed ω
C
a
b X
O O X
C
a Whirling b
speed Ω
Stator Rotor
Rotor
Rotation
speed ω Stator
(a) X-direction excitation (b) Y-direction excitation
Fig. 1 Schematic model of the multiple frequency whirling orbit
图 1 转子多频涡动轨迹模型示意图

表 1 几何参数
Table 1 Geometric parameters
l Parameter Description Specification
r
L/mm Seal length 35.7
d/mm Rotor diameter 60
h/mm Cavity depth 3.3
S
w 1 /mm Cavity bottom width 2.3
w 2 /mm Tooth bottom width 1.5
Rotor Swirl Stator Labyrinth t/mm Tooth tip width 0.25
brake seal C r /mm Seal radial clearance 0.2
Fig. 2 The labyrinth seal with swirl brakes n Swirl brake number 30, 60, 90
图 2 具有阻旋栅的梳齿密封模型 l/mm Swirl brake length 2.25, 3.25, 4.25
s/mm Swirl brake clearance 0.15, 0.20, 0.25
Stator
r/mm Swirl brake radius 0.508
w 1 w 2
t
Inlet h Outlet
Y
l
s C r Z
Rotation Rotor d X
direction
Fig. 3 Geometric dimensions of the labyrinth
seal with swirl brakes
图 3 具有阻旋栅的梳齿密封几何尺寸

数n=30、60、90下密封流场与动力特性系数.
1.3 网格划分
图4为具有阻旋栅的梳齿密封网格分布，分别在 Fig. 4 Grid distribution of the labyrinth seal with swirl brakes
密封齿前后设置一定长度的进口段与出口段. 采用结 图 4 具有阻旋栅的梳齿密封网格分布
构化网格，在密封齿间隙、阻旋栅间隙等局部小尺寸
区域加密网格，并对模型进行网格无关性验证. 基于 模型的网格节点数约在120~180万.
60个阻旋栅模型，分别采用网格节点数为150万的疏 1.4 边界条件

网格及300万的密网格进行计算分析，结果表明：两种 应用ANSYS-CFX对密封流场进行稳态与非稳态
网格下X方向气流力相对误差为1.24%，Y方向气流力 求解，转子与静子壁面设为绝热无滑移. 非稳态计算
相对误差为1.08%，综合考虑计算资源与精度，采用 时分别对转子施加X、Y方向的位移激励，式(3)、(4)为
150万网格. 整体网格y+值控制在30~300范围之内，各 多频涡动轨迹表达式.