Page 123 - 《摩擦学学报》2021年第1期

120 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

表 4 泄漏量对比
Table 4 Comparison of the leakage flow rate

Calculation Convex plate Seal clearance， Leakage flow Relative leakage
Seal type
conditions width，b / mm c 2 / mm rate / (kg/s) rate / %
0 4 0.5 Staggered labyrinth seal 1.828 59 /
1 5.13 0.5 Staggered labyrinth seal 1.736 23 −5.051
2 6.13 0.5 Staggered labyrinth seal 1.863 33 1.900
3 4 0.4 Staggered labyrinth seal 1.477 83 −19.182
4 4 0.6 Staggered labyrinth seal 2.178 09 19.113
5 4 0.5 Conventional labyrinth seal 2.660 88 45.515

式中：C 、C 为直接阻尼系数；K 、K 、K 为直接、交 3.2.1 密封结构型式对动力稳定性影响
xy
xx
yy
yy
xx
叉刚度系数；M 、M 为直接质量惯性系数，M 为交 图8给出了b=4 mm、c =0.5 mm，不同密封结构型
yy
xy
xx
2
叉质量惯性系数；Ω为涡动速度. 式(传统梳齿密封、高低齿梳齿密封)的动力特性系数
交叉复合刚度系数反映切向气流力作用，一般是 对比情况.
导致转子非同步涡动的重要因素，负的交叉复合刚度 由图8(a~b)可以看出：传统梳齿密封直接复合刚
系数有利于促进系统稳定，正值则将诱导系统失稳； 度系数为正，且随涡动频率的增加而升高、频率依赖
平均直接阻尼系数表征系统阻尼作用的大小，对转子 性相对较强，密封系统静态稳定性较好；而高低齿梳
涡动提供一种抑制力，一般增加阻尼会增强系统稳定 齿密封表现为负的直接复合刚度系数，不利于系统静
性. 交叉复合刚度及平均直接阻尼系数是影响系统稳 态稳定. 高低齿梳齿密封交叉复合刚度系数趋于0，表
定的两个主要因素，综合两种因素，定义衡量动力稳 现出频率无关性；传统梳齿密封交叉复合刚度系数为
定性的有效阻尼系数C ： 负，对转子受到的切向气流力起抑制作用，其绝对值
eff
C eff = C avg −h r /Ω (12)
随涡动频率减小而增大，频率依赖性较强.
4 800 250
4 000 −250 0
Direct complex dynamic sifness, H r /(kN/m) 2 400 0 Staggered labyrinth seal Cross-coupled complex dynamic stiffness, h r /(kN/m) −1 000
3 200
−500
1 600
−750
800
Conventional labyrinth seal
−800
−1 500
−1 600 −1 250 Staggered labyrinth seal
Conventional labyrinth seal
−2 400 −1 750
20 40 60 80 100 120 140160 180200 220240260 20 40 60 80 100 120 140160 180200 220240260
Whirling frequency/Hz Whirling frequency/Hz
(a) Direct complex dynamic stiffness (b) Cross-coupled complex dynamic stiffness
14 300 27 500
13 200 Staggered labyrinth seal 25 000 Staggered labyrinth seal
Conventional labyrinth seal
Conventional labyrinth seal
Average direct damping, C avg /(N·s/m) 11 000 Effective damping C eff /(N·s/m) 20 000
12 100
22 500
17 500
9 900
8 800
15 000
12 500
7 700
6 600
7 500
5 500
5 000
4 400 10 000
3 300 2 500
20 40 60 80 100 120 140160 180200 220240260 20 40 60 80 100 120 140160 180200 220240260
Whirling frequency/Hz Whirling frequency/Hz
(c) Average direct damping (d) Effective damping

Fig. 8 Dynamic characteristics coefficients vs whirling frequency for different seal structures
图 8 不同密封结构型式动力特性与涡动频率变化关系