Page 154 - 《摩擦学学报》2021年第5期

第 5 期 杨兴辰, 等: 迷宫-蜂窝混合型密封静态稳定性与泄漏特性研究 743

2.0 Hybrid seal 情况. 可以看出：1) 两种不同结构的密封在第一腔室
Cross-coupled stiffness/(kN/m) −0.4 较大，且在密封齿处，压差存在负值，由Lomakin效应，
1.6
内，压差为负值，混合型密封第一腔室内压差绝对值

Labyrinth seal
1.2
0.8
产生与偏心方向相反的气流力，对转子-密封系统有
0.4
稳定作用；2) 随偏心率增加，两种不同结构密封大小
0.0
间隙压差增大，产生使转子偏离几何中心的气流力，
−0.8
−1.2 而混合型密封压差相对较小，且增长幅度低，转子受
到的气流力较小，有利于系统稳定.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Eccentricity ratio/% 图10为迷宫-蜂窝混合型密封与传统迷宫密封在

Fig. 8 Cross-coupled stiffness in the unchoked of two kinds 非阻塞不同偏心状态下，最大、最小间隙处马赫数沿
of seals under eccentric conditions
密封长度分布情况. 可以看出：相同偏心率下，混合型
图 8 非阻塞工况下两种密封静态交叉刚度系数与偏心率
变化关系 密封与迷宫密封最大、最小间隙处马赫数随偏心率呈
相同的变化趋势，由于密封的节流效应，每经过1个密
过数值方法研究密封最大间隙与最小间隙中间处的 封齿，马赫数都会先降低后增加；密封齿处最小间隙
压力差值、马赫数、周向速度及周向速度梯度. 图9为 马赫数变化幅度大于大间隙，此时主导为惯性效应，
非阻塞状态下，迷宫-蜂窝混合型密封与传统迷宫密 压力能降低，最小间隙处压力低于最大间隙处压力.
封最大间隙与最小间隙间压差值沿泄漏方向的分布 图11为迷宫-蜂窝混合型密封与迷宫密封最大、

6 6

4 2 4 2
Pressure difference/kPa −2 0 Pressure difference/kPa −2 0

−4
ε=50%
ε=50%
−6
−6 ε=10% −4 ε=10%
ε=90% ε=90%
−8 −8
0.8 4.5 8.3 12.1 15.9 19.8 23.6 27.4 31.2 35.0 0.8 4.5 8.3 12.1 15.9 19.8 23.6 27.4 31.2 35.0
Axial distance/mm Axial distance/mm
(a) Hybrid labyrinth-honeycomb seal (b) Traditional labyrinth seal

Fig. 9 The pressure difference between the maximum and minimum clearance for different along the axial leakage
path eccentric conditions (unchoked flow condition)
图 9 非阻塞状态不同偏心工况下两种密封压差沿轴向分布

0.7 0.7 0.7
h max , Hybrid seal h max , Hybrid seal h max , Hybrid seal
0.6 h min , Hybrid seal 0.6 h min , Hybrid seal 0.6 h min , Hybrid seal
h max , Labyrinth seal 0.5 h max , Labyrinth seal 0.5 h max , Labyrinth seal
h min , Labyrinth seal
0.5
h min , Labyrinth seal
h min , Labyrinth seal
Mach number 0.4 Mach number 0.4 Mach number 0.4
0.3
0.3
0.3
0.2
0.1
0.1
0.1 0.2 0.2
0.0 0.0 0.0
0.8 4.5 8.3 12.1 15.9 19.2 23.6 27.4 31.2 35.0 0.8 4.5 8.3 12.1 15.9 19.2 23.6 27.4 31.2 35.0 0.8 4.5 8.3 12.1 15.9 19.2 23.6 27.4 31.2 35.0
Axial distance/mm Axial distance/mm Axial distance/mm
(a) ε=10% (b) ε=50% (c) ε=90%

Fig. 10 Mach number distribution in the maximum and minimum clearance along the axial leakage
path for eccentric conditions (unchoked flow condition)
图 10 非阻塞状态不同偏心工况下两种密封大、小间隙处马赫数沿轴向分布