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1、往复式压缩机类迷宫螺旋密封性能研究分析1、刖舌迷宫密封是一类在压缩机、航空发动机、汽轮机等动力机械中广泛应用的非接触密封方式，传统迷宫密封加工过程较为繁琐，对加工工艺要求很高，实际生产中企业将迷宫密封加工成双侧螺旋齿，其外形与螺旋密封相似，称它为类迷宫螺旋密封［1-2］。鉴于其特殊的加工工艺，密封性能也必有别于传统迷宫密封，当螺旋升角减小并无限接近于零度时即为传统迷宫密封。以计算流体力学软件FLUENT为平台，对类迷宫螺旋密封的内部流场进行数值模拟［3］,深入探讨类迷宫螺旋密封缸径与活塞上螺旋齿旋向配合问题，将类迷宫螺旋
2、密封与迷宫密封在密封原理、密封性上进行比较，分析企业生产方式的可行性。2、类迷宫螺旋密封原理及密封性能2.1类迷宫螺旋密封原理作者对类迷宫螺旋密封原理进行了详细研究，得出以下结论，具体分析过程见参考文献1,槽向能量损失计算公式：久=工妇+工勺（1）式中，为水头损失总和，hj为局部水头损失，为沿程水头损失。类迷宫螺旋密封在整个过程中总的能量耗散量为类迷宫密封能量耗散与槽向能量耗散之和，即：Pw=Pf+Pj2.2类迷宫螺旋密封密封性能双侧齿类迷宫螺旋密封缸径与活塞上都存在螺旋齿和螺旋槽，那么不可避免的在双侧槽向上都存在流体流
3、动。活塞与缸径表面间的缝隙呈带凹槽的环形柱面，形成蜂窝状空腔[4-5],较单侧齿密封更有利于壁血阻滞作用阻碍透气现象，且形成密封的紊流工况，密封性能更好。缸径与活塞上螺旋槽旋向配合不同，槽向上的流体运动趋势不同，那么产生的密封效果也必然不同。通过宏观观察可以发现，旋向相同模型的交叉点比旋向相反模型的交叉点少很多，旋向相同的模型槽向通道更为连续，更有利于流体的泄露，在交义点处两侧流体分量产生较为强烈的涡旋，促使能量的耗散，密封性能较差。槽向流体与越过齿顶的流体之间存在能量的交换，并不完全独立于空腔而沿槽向流动,为方便研究，
4、利用有限元思想，将密封空腔沿轴向划分为无数微元，每个微元空间内流体都可看作槽内流动与越过齿顶的流动相互独立，在任意位置槽向流体速度与间隙速度都满足关系：V槽向=v间隙sina；a:螺旋升角。双侧齿类迷宫螺旋密封较单侧齿类迷宫密封空腔内部存在更为复杂的三维流体流动，存在槽向能量耗散与类迷宫能量耗散的同时，缸径与活塞上槽向流体分量还存在着能量的交换，密封性能有所提高，而旋向配合影响到这部分能量耗散的强弱。3、模拟分析3.1控制方程密封I'可隙及密封腔内的流体流动形式实际上是一种复杂的三维湍流过程，因此三维模型的数学模型可采用
5、压缩流对称流动的雷诺平均Navier-Stokes方程以及k-湍流模型进行数值模拟[6-7]o在求解密封空腔内流体过程屮，将质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程釆用通用变量的方法进行求解[8],则可表示成以下通式：——+div(pv(fi-V^gradfj))=(2)连续方程屮取:e=i,r^=o,q@=o,e=u、f$=u审对于X方向动量表达方程：(3)0爲「才frr加-可+加（％乔）(4)%=--尹+d沁％竽)Z(5)选取标准k-湍流模型。湍流动能表达方程:q尸Girp£(6)选取标准壁面函数模型，湍流耗散率方程
6、为:0=£心=如G%「ICG-C2p)(7)湍流动能牛成项为：_3W3可亦*1dxjdxidxj(8)选取有效粘性系数为：U^-Ui+Ut,Uf=Cup矽£。3.2计算模型的建立设定模型长度为40mm,活塞上齿数为7,间距为4mm,缸径上齿数为16,间距为1.7,图1为迷宫压缩机屮活塞与气缸之I'可的迷宫密封二维几何模型。式中,为螺旋升角，S为导程，d为活寒中径。由公式(9)可知：对于特定模型来讲，空腔深度一定时螺旋升角只与螺距有关。当类迷宫螺旋密封螺旋升角为0度时即为传统迷宫密封，为使模型与实际生产更为接近，使类迷宫螺
7、旋密封与迷宫密封其他参数不变，仅令迷宫密封中的齿距与类迷宫螺旋密封的螺距相等,由此建立旋向相同与旋向相反的类迷宫螺旋密封模型。3.3网格划分网格划分质量直接影响到FLUENT计算结果的敛散性和计算速度［9］。木文采用Gambit2.0在复杂的迷宫空腔内生成结构化/非结构化的混合网格。该种划分方式不至于使网格过密导致泄漏量过于理想，在工程实际屮失去参考价值;也避免了网格划分过于稀疏会导致泄漏量过大，划分结果如图2、图3所示。图2旋向相同的类迷宫图3旋向相反的类迷宫螺旋密封三维网格燃旋密封三维网格3.4模拟结果及分析9tlt
8、e2«s4e*7e“轴2““ta50&e2e5«9e2eHgJ/山方.4C^N「「.Qn『上JJ月.0J〃二.QlilllttliI98.7乩•4432.Ik6图4旋向相同的类迷宫螺旋密封二维湍流粘度云图11LFDe*M心132,125e^hli.oae<9J2t-9,03e-ajit-2tib8J7e-54l)e-
