Page 155 - 《摩擦学学报》2021年第5期

744 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

最小间隙处周向速度沿泄漏方向的变化趋势. 可以看 响，小间隙处周向流动速度相对大间隙处较大，压力
出：1) 随偏心率增大，两种密封最大间隙处周向速度 较低；且小间隙处周向速度梯度大，对能量耗散较强，
整体呈降低趋势，最小间隙处周向速度整体呈升高趋 进一步降低小间隙处压力，导致大小间隙处压差增大.

势；2) 混合型密封大、小间隙处周向速度相差较小，密 2.3 阻塞状态密封流动特性
封周向速度变化较为平缓，导致大、小间隙处压差较 阻塞状态下密封气流力随偏心率变化情况如图13
小；3) 迷宫密封大、小间隙处周向速度相差较大，小间 所示，结果表明：1) 偏心状态下两种密封气流力均为
隙处流体周向流动速度较快，使压力降低，大、小间隙 负值，且传统迷宫密封转子受力远大于混合型密封，

处压差增大，产生使转子偏离的气流力. 受力方向与转子偏心方向相同，加剧其偏心；2) 随偏
图12为迷宫-蜂窝混合型密封与传统迷宫密封在 心率增大，两种密封气流力不断增大，且迷宫密封随
最大间隙与最小间隙处周向速度梯度沿泄漏方向的 偏心率的增大，气流力增长率加快；混合型密封随着
变化趋势. 可以看出：1) 由蜂窝芯格流出流体对周向 偏心率的增大，密封气流力增长率减缓；3) 阻塞状态
流动产生扰动，增强了流体的黏性效应，使大小间隙 混合型密封在不同偏心率下均可降低转子受力，且随
处流体周向速度均受转子转速影响较大，较快的流速 着偏心率增大，混合型密封对转子受力的抑制作用加
降低了大小间隙处的压力及压差，使转子受力降低； 强，在高偏心状态下更为明显.
2) 随偏心增大传统迷宫密封小间隙处黏性效应增强， 在阻塞工况下，不同偏心率下迷宫-蜂窝混合型
而大间隙处黏性效应影响较小. 受高速旋转的转子影 密封与传统迷宫密封静态刚度系数变化关系如图14

10 10
8 6 4 8 6 4 ε=10%, h max
Circumferential velocity/(m/s) −2 2 0 ε=10%, h max Circumferential velocity/(m/s) −2 2 0 ε=10%, h min

ε=10%, h min
ε=50%, h max
ε=50%, h max
ε=50%, h min
ε=50%, h min
ε=90%, h max
ε=90%, h min
ε=90%, h max
ε=90%, h min
−4
−4
−6
−6
−8
−8
−10 −10
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. 11 Circumferential velocity in the maximum and minimum clearance along the axial leakage
path for eccentric conditions (unchoked flow condition)
图 11 非阻塞状态不同偏心工况下两种密封大、小间隙处周向速度沿轴向分布 ε=10%, h min
9
6
Circumferential velocity gradient/10 3 s −1 −2 4 2 0 ε=50%, h max ε=50%, h min Circumferential velocity gradient/10 2 s −1 −3 6 3 0 ε=50%, h max ε=50%, h min
ε=10%, h min
ε=10%, h max
ε=10%, h max
ε=90%, h max
ε=90%, h max
ε=90%, h min
ε=90%, h min
−4
−9
−6
0.8 4.5 8.3 12.1 15.9 19.8 23.6 27.4 31.2 35.0 −6 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. 12 Circumferential velocity gradient in the maximum and minimum clearance along the axial leakage
path for eccentric conditions (unchoked flow condition)
图 12 非阻塞状态不同偏心工况下两种密封大、小间隙处周向速度梯度沿轴向分布