Page 156 - 《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 745

2 的分布情况. 可以看出：1) 与非阻塞状态相比，阻塞状
0 态两种密封呈与非阻塞流动相似波动趋势的同时，压
−2 差显著提升，转子受力增大，不利于系统稳定性；2) 在
Radial force/N −4 阻塞状态下，混合型密封与迷宫密封出口处压差增长

−6
剧烈，转子受气流力增大，不利于密封-转子系统稳定
−8
Hybrid seal 工作.
−10
Labyrinth seal
14
−12 Hybrid seal
Cross-coupled stiffness/(kN/m) 4
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 12 Labyrinth seal
Eccentricity ratio/% 10
8
Fig. 13 Fluid-induced force in the choked of two kinds of 6
seals under eccentric conditions
图 13 阻塞状态下两种密封转子受力随偏心率的变化趋势 2 0

所示，两种不同结构型式密封的静态直接刚度系数均 −2
−4
为负值，易导致转子-密封系统失稳. 而随偏心率增 −6
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
大，迷宫密封静态直接刚度系数下降，其绝对值较非
Eccentricity ratio/%
阻塞情况更大且降低更快；混合型密封静态直接刚度 Fig. 15 Cross-coupled stiffness in the choked of two kinds of
系数均为负数，随偏心率的增加呈上升趋势，迷宫-蜂 seals under eccentric conditions
图 15 阻塞工况下两种密封静态交叉刚度系数与偏心率变
窝混合型密封在偏心工况更加稳定. 化关系

0
图17为迷宫-蜂窝混合型密封与传统迷宫密封在
−15 阻塞不同偏心状态下，大、小间隙处马赫数沿密封长
Direct static stiffness/(kN/m) −45 度分布情况. 可以看出，阻塞流动状态与非阻塞流动
−30
−60
状态马赫数变化趋势相同. 在第十密封齿处两间隙处
−75
马赫数均大幅度增长，且小间隙处马赫数增长更为剧
−90
−105
Hybrid seal
−120
差增大使密封气流力及静态刚度系数为负值.
−135 Labyrinth seal 烈. 由惯性效应，小间隙处惯性力增大，压力降低，压
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 图18为阻塞状态迷宫-蜂窝混合型密封与传统迷
Eccentricity ratio/%
宫密封沿密封长度最大、最小间隙处周向速度的变化
Fig. 14 Direct static stiffness in the choked of two kinds of
趋势. 可以看出：1) 与非阻塞密封相比，阻塞状态下
seals under eccentric conditions
图 14 阻塞状态下两种密封的静态直接刚度系数与偏心率 大、小间隙处周向速度随偏心率变化趋势更为明显.
变化关系 两种不同结构型式密封小间隙处周向流动速度均随
偏心率增加而升高，大间隙处均随偏心率增加而降
图15为两种不同结构型式密封的静态交叉刚度 低；2) 增加进出口压比使密封间隙处周向速度波动增
系数在阻塞工况下随偏心率变化情况，如图15所示， 强，但最大值变化并不明显；3) 相比传统迷宫密封，混
在低偏心率下两种密封静态交叉刚度系数均随偏心 合型密封大、小间隙处周向速度差略小，周向流动较

率增大而降低，高偏心率下交叉刚度系数随偏心率增 为平稳，大、小间隙处压力相差较小，有利于提高密封
大而升高. 迷宫密封在偏心率6%~60%时静态交叉刚 稳定性.
度系数为负，混合型密封在偏心率小于80%时均为负. 图19为迷宫-蜂窝混合型密封与传统迷宫密封在
因此，混合型密封静态交叉刚度负值区域较大，具有 大、小间隙处周向速度梯度分布情况，与非阻塞密封
更好静态稳定性. 相比，阻塞密封周向速度梯度更大；混合型密封因蜂
图16为阻塞状态下，迷宫-蜂窝混合型密封与传 窝结构特性，偏心对大小间隙黏性效应影响较小，较
统迷宫密封最大间隙与最小间隙压力差沿泄漏方向 大周向速度梯度变化使部分机械能转化为内能，压力