含有凹槽结构迷宫密封泄漏性能的数值研究

合集下载

迷宫密封泄漏特性的试验研究

第４卷５
第３期
西安交
通
大学学
报
Ｖｏ．５Ｎｏ３１４．
Ｍａ．２１ｒ０１
Байду номын сангаас
２１０１年３月
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＸＩＡＮＩＪＡＯＴＯＮＧＵＮＩＶＥＲＳＴＹＩ
迷宫密封泄漏特性的试验研究
李志刚，郎骥，李军，丰镇平
Ｌｈｇｎ，ＬＩＺｉａｇＡＮＧｉｊ，ＬＩｕｎ，ＦＪＥＮＧｈｎｉｇＺｅｐｎ
（ｎｔｔｔｆＴｕｒｏｃｉｅｙＩｓｉｕｅｏｂｍａｈｎｒ，ＸｉａｉｏｏｇＵｎｉｅｓｔｎＪａｔｎｖｒｉｙ，Ｘｉｎ７０４１０９，Ｃｈｎ）ａｉａ
比、转速对迷宫密封泄漏特性和腔室压力的影响规律．究结果表明：建的旋转密封试验台在迷研搭
宫密封泄漏量和密封腔室压力的测量精度上是可靠的；比于试验结果，相数值计算获得的泄漏量和
腔室压力的最大相对误差分别为３２、．，明试验与数值结果吻合良好，值方法可以较．５３６表数
ｉｖｓｉａｅｔｅｌａａｅｂｈｖｏｆａｔｐｃｌｌｂｒｎｈｓａ．Ｔｈｅｋｇｎａｉｒｓｕｅｗｅｅｎｅｔｔｈｋｇｅａｉｒｏｙｉａａｙｉｔｅ１ｇｅｅｌａａｅａｄｃｖｔｐｅｓｒｒｙ
准确地预测迷宫密封的泄漏量和腔室压力；同转速下的流量系数随着压比的提高而增大，相小压比

迷宫密封泄漏量计算方法的分析

许多计算迷宫密封泄漏量的方法。但是绝大部分的计算方法都只在一定范围内有效，且可用于当迷宫密封中出现临界状态时的计算方法寥寥无几。本文作者通过分析已有的几种计算方法，提出了一种简化分析的迭代计算方法。该法数学模型简单，计算简便，有较高的精度和较好的通用性，为寻求一种简便而高精度的迷宫密封泄漏量通用计算方法作出了尝试。１现有迷宫密封泄漏■计算方法的分析
维普资讯
２００６年４月
润滑与密封
ＬＵＢＲＩＡＴ０ＮＮＧＩＣ１ＥＮＥＥＲＩＮＧ
Ａｐ．０６ｒ２０
第４（期总第１６）７期
Ｎ．（ｅａＮ．７）ｏ４ｓｒｌｏ１６ｉ
迷宫密封泄漏量计算方法的分析
广。有很好的通用性。关键词：迷宫密封；泄漏量；迭代计算方法中图分类号：Ｔ４文献标识码：Ａ文章编号：０５０５（０６Ｂ２２４— １０２０）４—１３— ２４
ＡｎｌｓｓｏｌｕａｉｎｌＭｅｈｏｓｏａａｅｆｒＬａｙｎｈＳａｓａｙｉｆＣａｃｌｔｏａｔｄｎＬｅｋｇｏｂｒｔｅｌｉ
ＡｂｔａｔＳｖｒｌｃｌｕａｉｎｔｏｓｏａｙｎｈｓａｓｐｅｅｔｄｉｈａｔｗｅｅａａｙｅｎｄｆｒｎｐｃｓｓｃｓｒｃ：ｅｅａａｃｌｔａｍｅｈｄｆｌｂｒｔｅｌｒｓｎｅｎｔｅｐｓｒｎｚｄｏｉｅｔａｅｔ，ｕｈｏｌｉｌｅｓ

基于动网格的迷宫密封泄漏量动态模拟分析研究

律。
３●９６４２９７
ｅｅｅｅｅ
５２０９７
ｅｅ＋＋＋＋＋＋＋
Ｏａ０００００２２２１
４活塞与气缸二维平面图
０７ｅ＋０２
传统迷宫密封研究中使用的都是迷宫空腔局部尺寸图，这种尺寸图结构简单，绘制方便，但是无法全面反映气缸与活塞的整体关系。本文将气缸与活塞的整体结构完全绘制出来，并且将整体结构图导人到ｎｕｅｎｔ软件中进行数值模拟。图１仅列出密封间隙为０．４，空腔深宽比为０．２５，密封齿数为９的矩形齿和三角形齿迷宫空腔的二维平面
ｅｒｒｏｒ
ｏｎ
ｔｈｅｓｔａｔｉｃｎｕｍｅＩｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｈｏｗｅｖｅｒｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｃａｎ，ｔｐｒｏｖｉｄｅａｄｅｑｕａｔｅａｃｃｕｍｃｙ
ｏｆｓｉｍｕｌａｔｅｄｌｅａｋａｇｅ．Ｉｎｔｈｉｓ
ｐ印ｅｒ，ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅｎｕｅｎｔ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌ
０．７５，齿数为１５最佳。（３）通过数值模拟和生产实践相结合，影响迷宫密封泄漏量因素的主次顺序为｜９】：间隙宽度、
空腔深宽比、齿数、进出口压力比。尽管进出口
压力比对泄漏量的影响小于其它几个因素，但其对迷宫密封的影响不容忽略，并且较大的进出口压力比有利于减小泄漏量。（４）基于动网格的迷宫密封泄漏量动态模拟可以将活塞速度考虑在内，其结果与生产实践中试验所测数值十分接近，极大地提高了Ｆ１ｕｅｎｔ软件模拟的精度，改善了数值模拟与生产实践脱离的问题，对生产实践有较大的指导意义。
（动量守恒方程）流体运动过程中除了要满足质量守恒之外，还必须满足动量问交换的平衡。对于给定的流体，其总动量随时间的变化率等于所受体积力和表面力的总和。动量守恒是流体微元间速度与压力等量交换的数学体现。

迷宫密封磨损失效泄漏特性和防碰磨结构设计研究

失效，还可以减小密封泄漏量（约 10%），提高密封的性能。
关键词：迷宫密封；碰磨失效；泄漏特性；防碰磨结构；齿顶凹槽
中图分类号：TH442
文章编号：1006-8155-(2019)05-0064-08
文献标志码：A
DOI：10.16492/j.fjjs.2019.05.0011
Investigations on the Leakage Performance of Wear Failure and Anti-rubbing Structure Design for a Labyrinth Seal
摘要：针对某单级高速离心鼓风机轴端迷宫密封碰磨失效的问题，基于工程实际迷宫密封齿磨损图样，建立了
迷宫密封齿弯曲磨损失效模型，提出了“齿顶凹槽”迷宫密封防碰磨结构设计方法。采用实验校核的定常求解三
维 Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程的数值方法，研究了密封齿弯曲磨损和“齿顶凹槽”防碰磨结构对
迷宫密封泄漏特性的影响规律。计算分析了 4 种弯曲磨损系数 B=0，0.1，0.2，0.3，4 种凹槽径向深度 H/ｓ=0.5，
1.0，1.5，2.0 和 5 种凹槽轴向宽度 L /s=2.2，2.5，3.0，3.5，4.0 的迷宫密封的泄漏量、密封腔流场结构，获得了迷
宫密封碰磨失效的判断依据和“齿顶凹槽”防碰磨结构的优化参数。结果表明：鼓风机变工况时，迷宫密封泄漏
Ya-ru Ma1 Wen-hao Huo1 Jing Liu1 Li-jun Jiang1 Zhi Fang2 Zhi-gang Li2 （1. Chong Qing General Industry (Group) Co., Ltd,;

迷宫密封结构对泄漏量和轴系临界转速影响分析研究

迷宫密封结构对泄漏量和轴系临界转速影响分析研究作者：马文生陈照波焦映厚等来源：《振动工程学报》2013年第06期摘要：运用数值方法对转子轴承密封系统动力学模型求解，对3种密封间隙、8种密封直径、8种压差、8种入口损失率和21种密封长度对泄漏量和临界转速的影响进行研究；通过密封结构对轴系临界转速影响规律进行研究，对比分析了有、无密封力作用下转子轴承密封系统对临界转速影响。

研究结果表明：通过与DYNLAB程序、TASCFlow程序的结果对比分析，该数学模型能较好的模拟计算泄漏量和转子系统临界转速；通过对泄漏量影响规律研究，得出泄漏量随着密封间隙、密封直径和密封长度做增大而增大，泄漏量随压差和入口损失率的增大而减小。

通过对临界转速影响规律研究，得到考虑密封会提高临界转速，密封长度的变化对临界转速的影响最大、密封间隙的变化对临界转速影响最小。

关键词：迷宫密封；动力学模型；转子轴承密封系统；泄漏量；临界转速中图分类号：V231.9文献标识码： A文章编号： 10044523（2013）06082308引言随着高性能、大容量的旋转机械（汽轮机、航空发动机和离心压缩机等）的广泛应用，密封流体参数（流体密度、流速、压差、温度等）的不断增加，导致气流对旋转转子的作用力增大，从而对轴承转子密封系统的动力学特性和稳定性产生影响，产生密封力同时对转子的振动产生影响，有时会引起转子系统的自激振动。

以往研究密封产生的密封力小于轴承油膜力流固耦合的影响，但是随着流体参数不断增加、密封的长度和齿数不断增加，密封的结构对泄漏量、临界转速、动力学特性以及轴系的稳定性起着重要作用[1]。

最早提出密封力模型是美国的Thomas和Alford，但模型忽略了气流周向速度，而周向速度是产生交叉力的主要因素[2，3]。

Black采用短轴承理论，给出了密封动力学系数的计算公式[4]。

Child采用Hirs紊流方程，用摄动法求解密封动力学系数[5]。

气液两相条件下迷宫密封泄漏分析与试验研究

第３４卷第５期中国机械工程V o l ．３４㊀N o ．５２０２３年３月C H I N A M E C HA N I C A LE N G I N E E R I N Gp p．６２３Ｇ６２９气液两相条件下迷宫密封泄漏分析与试验研究曹恒超１㊀徐乙人２㊀孙楠楠１㊀陆㊀健３㊀朱桂香１㊀李永健２１．潍柴动力股份有限公司,潍坊,２６１０６１２．清华大学摩擦学国家重点实验室,北京,１０００８４３．潍柴重机股份有限公司,潍坊,２６１１０８摘要:为解决大型船用柴油机曲轴箱轴端漏油问题,通过仿真和试验对气液两相条件下迷宫密封的泄漏行为开展研究.基于F L U E N T 软件进行迷宫密封流场仿真,利用离散相模型开展油滴逃逸行为分析,揭示迷宫密封在气液两相环境中的密封机理和泄漏规律.在试验器上模拟了曲轴箱密封的实际结构和工况条件,测量了不同转速条件下的漏油速率,研究了密封装置中的不同结构特征的功能作用,最终提出了两种改进措施并验证了措施的有效性.研究结果表明:交错迷宫结构与直通型迷宫结构相比可以更显著地减少空气泄漏,增加交错迷宫结构可大幅减少空气对液相介质的向外输运,此外,合理利用迷宫结构进行回油亦能显著减少滑油泄漏.关键词:迷宫密封;两相流;离散相模型;交错迷宫中图分类号:T B ４２D O I :１０．３９６９/j ．i s s n ．１００４１３２X．２０２３．０５．０１３开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):A n a l y s i s a n dE x p e r i m e n t a lR e s e a r c h f o rL e a k i n g B e h a v i o r o fL a b y r i n t hS e a l s u n d e rG a s Ｇl i q u i dT w o Ｇph a s eC o n d i t i o n s C A O H e n g c h a o １㊀X U Y i r e n ２㊀S U N N a n n a n １㊀L UJ i a n ３㊀Z HU G u i x i a n g １㊀L IY o n g ji a n ２１．W e i c h a i P o w e rC o ．,L t d ．,W e i f a n g ,S h a n d o n g,２６１０６１２．S t a t eK e y L a b o r a t o r y o fT r i b o l o g y ,T s i n g h u aU n i v e r s i t y ,B e i j i n g ,１０００８４３．W e i c h a iH e a v y M a c h i n e r y C o ．,L t d ．,W e i f a n g ,S h a n d o n g,２６１１０８A b s t r a c t :I no r d e r t o s o l v e t h e p r o b l e m s o f l u b r i c a n t o i l l e a k a ge a t t h e s h af t e n do f c r a n k c a s e o n l a rg em a r i n e d i e s e l e n g i n e s ,th e l e a k a g eb e h a vi o r o f l a b y r i n t hs e a l s u n d e r g a s Ｇl i q u i d t w o Ｇph a s e c o n d i Ｇt i o n sw a s s t u d i e db y n u m e r i c a l s i m u l a t i o na n d e x p e r i m e n t s ．I no r d e r t o r e v e a l t h e s e a l i n g me c h a n i s m a n d l e a k a g e l a wof l a b y r i n t hs e a l s i ng a s Ｇl i q u i dt w o Ｇph a s ee n vi r o n m e n t s ,t h e f l o wf i e l d i nl a b yr i n t h s e a l sw a s c a l c u l a t e db y u s i n g F L U E N T ,a n d t h eD P M w a su s e d t o a n a l y z e t h e e s c a peb e h a v i o r o f o i l d r o p l e t s ．T h e s e a l i n g s t r u c t u r e a n d t h ew o r k i n g c o n d i t i o n sw e r eb u i l t b a s e do na t e s t r i g,a n d t h eo i l l e a k a g e r a t ew a sm e a s u r e du n d e rd i f f e r e n t r o t a t i n g s pe e d s ,t h ef u n c t i o n so fd i f f e r e n t s t r u c t u r a l f e a Ｇt u r e s o f t h e s h a f t e n d s e a l sw e r e s t u d i e d ,a n d f i n a l l y t w o e f f e c t i v e i m pr o v e m e n tm e a s u r e sw e r e g i v e n ．T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h e s t a g g e r e d l a b y r i n t hs t r u c t u r em a y s i g n i f i c a n t l y r e d u c e t h e a i r l e a k a g e c o m Ｇp a r e dw i t h t h e s t r a i g h t l a b y r i n t h ．T h e o u t w a r d t r a n s p o r t o n l i q u i d p h a s e b y a i r a r e g r e a t l y w e a k e nb ya d d i n g s t a g g e r e d l ab y r i n t h ．I na d d i t i o n ,t h e o i l l e a k a g em a y b e s i g n i f ic a n t l y r ed u ce db y a p p r o p r i a t e l yu s i n g l a b yr i n t hs t r u c t u r e t o r e t u r no i l ．K e y wo r d s :l a b y r i n t hs e a l ;t w o Ｇp h a s e f l o w ;d i s c r e t e p h a s em o d e l (D P M );s t a g g e r e d l a b y r i n t h 收稿日期:２０２１１１１６基金项目:清华大学潍柴动力智能制造联合研究院项目(２０１８２９１２１２１)０㊀引言迷宫密封是应用广泛的非接触式密封,具有结构简单㊁成本低㊁寿命长的优点[１Ｇ３].迷宫密封在气相和液相介质环境下均可使用,例如航空发动机空气流路中的迷宫密封均工作在气体中,而油泵及齿轮箱轴端位置的迷宫密封一般工作在液体环境或气液两相环境中.本文中大型船用柴油机曲轴箱轴端位置采用了非接触式的迷宫密封,被密封介质为滑油和空气的混合物.利用迷宫结构对气液两相介质进行密封在工程上较为常见.Z H A N G 等[４]研究了迷宫密封在多相泵气泡流条件下的密封性能,并研究了迷宫密封对泵振动特性的影响.高旺[５]针对某高速列车齿轮箱迷宫密封和甩油环,分析了各种因素对密封间隙的影响,为高速列车齿轮箱迷宫密封间隙计算提供了理论支持.朱小晶[６]通过对某动车组牵引齿轮箱轴端３２６ Copyright ©博看网. All Rights Reserved.迷宫密封进行C F D流场仿真,确定了密封结构中轴承座与甩油环密封空腔的最佳深度比值.徐继林[７]研究了船用大型低速主机主轴承的迷宫密封,通过改进油槽㊁回油孔及密封环的结构,排除了漏油故障.曹海军[８]设计了一种离心式轴端密封结构,利用回转轴上的密封盖和甩油环转动时产生离心作用,实现了对油气腔的密封,解决了漏油问题.气液两相介质的运动行为非常复杂,很多情况下难以准确描述,在轴承腔㊁齿轮箱及曲轴箱等油气腔的轴端密封中,一般要求液相介质的泄漏量不超过一定标准,对空气的泄漏往往没有明确限制,但两种介质的泄漏是密切联系的.对于迷宫密封在气液两相介质条件下的应用研究,研究人员一般重点关注某一种改进措施的有效性,对气液两相介质的泄漏机理和密封机制缺乏深入研究.本文以大型船用柴油机曲轴箱迷宫密封为研究对象,通过开展泄漏测量试验获得两相介质条件下的泄漏特性,利用F L U E N T软件进行流场及油滴运动仿真,揭示密封机理和泄漏规律,最终提出改进措施并验证措施的有效性.１㊀密封结构图１为船用大型柴油机曲轴箱的迷宫密封结构示意图,其中转轴㊁飞轮轮毂和甩油盘为转动件,而箱体盖板㊁挡油盘和垫板为静止件.为防止转静子碰摩,转动件与静止件之间的半径间隙设计值为０．７５mm.曲轴箱内的液相介质为滑油,腔内最高温度为８０ħ,腔内最大压力为３k P a(表压).图１中密封装置的左侧为油气腔,右侧为外界空气环境,泄漏路径已在图中用箭头示出,具体为:油气混合物绕过甩油盘和挡油盘,然后穿过飞轮轮毂和箱体盖板之间的间隙,最后泄漏进入外界环境.箱体盖板的内孔表面加工有一组迷宫齿槽,迷宫齿槽与飞轮轮毂之间构成了典型的直通式迷宫结构.对密封装置整体而言,转动件和静止件之间形成了曲折的泄漏通道,包含一系列节流间隙和膨胀空腔,所以亦可认为甩油盘㊁挡油盘㊁飞轮轮毂及箱体盖板等构成了更复杂的迷宫密封.如图１所示,挡油盘底部设计有漏油孔,该漏油孔可使挡油盘底部的滑油流回腔内,避免此处积聚滑油.箱体盖板上迷宫齿槽的底部通过一组回油孔与U形管连接,迷宫齿槽收集的滑油沿回油孔和U形管流回腔内.U形管作为回油通道的同时,其内部存储的滑油还可阻止腔内气体沿图１㊀曲轴箱迷宫密封结构F i g．１㊀S t r u c t u r e o f l a b y r i n t h s e a l o n c r a n k c a s eU形管外漏.在曲轴箱工作时,允许曲轴箱内的空气排至腔外,但不允许曲轴箱轴端位置出现明显的滑油泄漏,暂定的泄漏量上限值为５m L/h.在整机试验过程中发现,在曲轴箱腔内压力值接近３k P a 时轴端密封处滑油泄漏量超过暂定标准.虽然可通过在腔体上安装抽气设备达到降低腔压并避免滑油泄漏的目的,但这种方法会使系统复杂,因而不被接受,仍需研究密封结构的改进方案.为便于开展试验,按图１设计并加工了迷宫密封试验件,试验件的各间隙尺寸及迷宫齿槽尺寸与实际结构相同,但缩小了各零件的径向尺寸.在试验件中,箱体盖板内孔与飞轮轮毂之间的半径间隙保持为０．７５mm,箱体盖板上内孔直径缩小为ϕ１８６mm,甩油盘的外径缩小为ϕ３１６mm.箱体盖板试验件上的三个迷宫齿槽的截面为梯形,槽宽为９．０４mm,槽底部的宽度为６．２４mm,槽深为４．５mm,相邻迷宫齿槽所夹迷宫齿的齿顶宽度为０．４mm.根据换算,试验件的最高试验转速须不低于２０００r/m i n.下文所述的仿真和试验工作均基于试验件尺寸进行,以方便将仿真结果与试验数据对比分析.２㊀气液两相介质泄漏仿真在F L U E N T软件中开展气液两相介质泄漏仿真分析,虽然流体域可简化为二维轴对称模型,但为便于研究油滴在壁面旋转条件下的泄漏行为,本文基于三维几何模型进行仿真分析.建立１/１６流体域三维几何模型,如图２所示.流体域两侧的分割面采用周期性对称边界条件,流体４２６中国机械工程第３４卷第５期２０２３年３月上半月Copyright©博看网. All Rights Reserved.域入口压力设置为３k P a(表压),出口压力设置为标准大气压,静止壁面和旋转壁面处均采用固壁边界条件 .使用理想气体模型描述空气物理特性,基于R N G kＧε模型计算求解.因流体域具有回转特征,故采用了扫掠式网格划分方法.在仿真过程中开展了网格无关性验证,当箱体盖板与飞轮轮毂间隙处的网格尺寸依次为０．０５mm㊁０．０３mm和０．０２mm时,对应的网格数依次约为３７万㊁７４万和２００万,计算得到的泄漏量相差不超过２％.为保证计算结果准确并兼顾计算效率,在模型中宽度小于１mm的缝隙处,网格尺寸按０．０５mm设置,且保证网格层数不小于１５.图２㊀流体域几何模型及边界条件F i g．２㊀G e o m e t r i c a n db o u n d a r y c o n d i t i o n s o ff l u i dd o m a i nF L U E N T软件中提供了多种两相流计算模型,包括离散相模型(d i s c r e t e p h a s e m o d e l, D P M)㊁流体体积模型㊁欧拉模型及混合模型[９],其中离散相模型适用于第二相体积占比低且以液滴㊁颗粒等形式离散分布的情况[１０Ｇ１１].在曲轴箱工作过程中,大部分滑油在重力作用下直接流至箱体底部,少部分滑油因飞溅㊁雾化等作用弥散在曲轴箱腔内,因轴端迷宫密封无法完全阻止空气泄漏,所以可出现少量滑油在气流输运作用下泄漏至腔外的现象.依据实际滑油泄漏情况及空气泄漏量的计算结果可以判断,迷宫密封流体域内液相体积百分数远小于１０％,因此基于离散项模型开展气液两相介质泄漏仿真是合理的.模型中的油滴运动条件定义如下:油滴沿垂直于入口界面的方向飞入,其初速度为小值,当油滴与壁面接触时,油滴被吸附,油滴运动至出口后,油滴逃逸至外界环境.在模型中定义一系列尺寸的油滴粒子后,便可在计算结果中获得一系列尺寸油滴的运动轨迹.在腔压３k P a㊁转速２０００r/m i n的条件下,计算得到的气体压力分布见图３a,气体速度矢量图见图３b.在图３a中,可见甩油盘和挡油盘处气流压力损失较小,大部分压力损失集中在轮毂和箱体盖板之间的间隙及迷宫齿槽处.在轮毂和盖板之间的间隙值为０．７５mm的情况下,空气泄漏量计算结果为４６．５m３/h.通过改变流体域的几何特征参数进行对比分析,可发现飞轮轮毂和箱体盖板之间的小间隙起着主要的节流作用,很大程度上决定了空气泄漏量.而箱体盖板上迷宫齿槽的形状和数量对空气泄漏量影响相对较小,取消三个迷宫齿槽的情况下,空气泄漏量增加约２０％.(a)压力云图(b)速度矢量图图３㊀流体域内的压力和速度分布F i g．３㊀P r e s s u r e f i e l d a n d v e l o c i t y f i e l d i n f l u i dd o m a i n根据图３b中的气体速度矢量图,在２０００r/m i n 转速条件下,甩油盘等旋转件的壁面使流体域内的空气出现较为强烈的周向旋转现象,另外迷宫齿槽的空腔中存在气流漩涡.通过对多个转速条件进行对比分析可知,虽然壁面旋转导致气流出现显著周向旋转,但在不超过２０００r/m i n的转速条件下,转速对空气泄漏量的影响仍是微弱的.图４所示为粒径为２０μm㊁１０μm㊁５μm和１μm油滴运动轨迹的计算结果,对应的转速和腔压值亦为２０００r/m i n和３k P a.可见在旋转气流的作用下,进入密封装置的油滴会迅速获得周向速度,粒径越大的油滴,越容易在离心力和惯性力的作用下与壁面接触,而粒径小的油滴更倾向于沿着气流的流线运动,并可能逃逸至外界环境中.图４a中粒径为２０μm的油滴在密封装置入口附近便全部与壁面碰撞;如图４b所示,１０μm粒径的油滴运动距离有所增加;而在图４c中一部分５２６气液两相条件下迷宫密封泄漏分析与试验研究曹恒超㊀徐乙人㊀孙楠楠等Copyright©博看网. All Rights Reserved.５μm粒径的油滴成功越过了挡油盘,但仍未能逃逸,在图４d中,１μm粒径的油滴中已有相当一部分逃逸至外界环境中,根据逃逸液滴数量及液滴总数量可算得１μm粒径油滴的逃逸率为３６％.虽然实际情况下油气两相介质运动行为极为复杂,油滴与壁面接触后的铺展㊁破碎㊁融合及吹起等行为难以准确描述,油滴的初始粒径分布亦无准确数据,但仍可从油滴泄漏仿真分析得到以下结论:①存在空气泄漏时,迷宫密封难以阻止微小油滴的泄漏;②虽然甩油盘和挡油盘对气体的阻力较小,但在拦截大粒径油滴方面发挥着重要作用.(a)粒径为２０μm油滴轨迹(b)粒径为１０μm 油滴轨迹(c)粒径为５μm油滴轨迹(d)粒径为１μm油滴轨迹图４㊀不同粒径油滴的运动轨迹仿真F i g．４㊀S i m u l a t i o no f t h e t r a j e c t o r y o f o i l d r o p l e t sw i t hd i f fe r e n t p a r t i c l e s i z e s３㊀气液两相条件下的密封试验根据曲轴箱迷宫密封实际结构和工况条件搭建了气液两相迷宫密封试验装置,试验装置由供气系统㊁供油系统㊁动力系统㊁排风系统及试验腔体等组成,可在该试验装置中设定转子转速㊁腔内压力㊁供油温度及供油压力等参数.试验腔体的三维结构见图５,试验腔体被密封装置分隔为油雾腔和空气腔,油雾腔用于模拟曲轴箱内部的油气两相环境,油雾通过压力雾化喷嘴产生.在试验装置进气管路上设置涡街流量计以测量空气泄漏量,流量计测量精度为ʃ１．５％,测量范围为７~５６m３/h.利用量筒测量漏油速率,需测量两个位置的漏油速率,分别是箱体盖板正下方的集油孔一和空气腔底部的集油孔二 ,集图５㊀气液两相密封试验装置的结构F i g．５㊀S t r u c t u r e o f t e s t r i g f o r g a sＧl i q u i d t w oＧp h a s e s e a l 油孔一与图１中的U形管对应, 集油孔二与泄漏至外界环境的滑油量相对应.测量空气泄漏量及漏油速率可为气液两相密封机理研究及密封装置改进提供依据.为保证供油温度在要求范围内,将油温测量热电偶设置在压力雾化喷嘴附近,并由试验人员实时监控并调节油箱加温功率.绝大部分滑油在重力作用下沿油雾腔底部的回油管回到油箱,实现了滑油循环利用,这使得试验状态能够长时间保持,从而避免了试验启停过程中壁面滑油黏附带来的泄漏量测量误差.在试验调试过程中发现,喷油条件对漏油速率有明显影响,根据调试情况将喷油压力设置为５．５M P a,此时的漏油速率水平适中,便于使用量筒测量.供油温度值设置为４５ʃ３ħ,此时油品黏度约为３０M P a s,通过调节供气阀门使油雾腔的压力保持在３k P a;供气温度与环境温度相近,为１８ʃ３ħ.试验转速范围为０~２４００r/m i n,每间隔４００r/m i n设置一个漏油速率测量点.为便于对比不同密封结构的密封能力,本文中的漏油速率均按上述参数进行试验测量.图６为试验测得的漏油速率随转速变化曲线,其中最终泄漏量是指在空气腔中集油孔二处测得的漏油速率,而总和泄漏量是集油孔一和集油孔二的漏油速率的总和.最终泄漏量为泄漏至外界环境的泄漏量,能够表征密封装置整体的密封性能.总和泄漏量为绕过甩油盘和挡油盘的总油量,可反映挡油盘和甩油盘对滑油的密封作用.由图６可知,在试验工况条件下,密封装置的总和泄漏量显著高于最终泄漏量,这说明有相当比例的滑油从U形管处流回腔内.为验证密封装置中甩油盘和挡油盘的滑油密封作用,对图７所示的两种密封结构进行了漏油速率测量,其中图７a所示的密封结构中取消了挡６２６中国机械工程第３４卷第５期２０２３年３月上半月Copyright©博看网. All Rights Reserved.图６㊀原密封结构的漏油速率F i g ．６㊀T h e o i l l e a k a g e r a t e o f o r i gi n a l s e a l s t r u c t u re ㊀㊀(a)未安装挡油盘(b)未安装甩油盘和挡油盘图７㊀无挡油盘或甩油盘的密封结构F i g ．７㊀S e a l i n g s t r u c t u r ew i t h o u t o i l b a f f l e o r s l i n ge r 油盘,而图７b 所示结构中同时取消了甩油盘和挡油盘.图８a 所示为图７a 中密封结构对应的漏油速率曲线,与图６对比可知,在不安装挡油盘时,最终泄漏量和总和泄漏量均有所增加,各转速条件下的最终漏油量大约增加一倍.图８b 所示为图７b 密封结构对应的漏油速率曲线,可见不安装甩(a)未安装挡油盘时的漏油速率(b)未安装挡油盘和甩油盘时的漏油速率图８㊀甩油盘和挡油盘对滑油泄漏的影响F i g ．８㊀I n f l u e n c e o f o i l b a f f l e a n do i l s l i n ge r o n o i l l e a k a ge 油盘和挡油盘条件下,漏油速率增加１０倍以上.还测量了图７两种密封结构的空气泄漏量,结果表明是否安装挡油盘或甩油盘对空气泄漏量影响较小,取消挡油盘和甩油盘后空气泄漏量增幅不超过１０％.试验过程中发现,当油雾腔中的滑油雾化良好时,空气腔一侧的排气口均能观察到雾状滑油溢出,这验证了难以阻止微小油滴随空气泄漏的分析结论.４㊀结构改进及验证空气对滑油的向外输运是滑油泄漏的驱动力,减少空气泄漏有助于减少滑油泄漏.另一方面,甩油盘㊁挡油盘及U 形管的挡油㊁回油行为已被证明具有显著减漏效果,所以可以进一步改进密封装置中的挡油㊁回油结构.转静子之间理论间隙不得小于０．７５mm ,故难以缩小箱体盖板和飞轮轮毂之间的间隙.经研究,提出了图９所示的两种改进方案.在图９a 所示的方案中,挡油盘上增加了一组直通式迷宫齿,迷宫齿形状为矩形,新增迷宫齿的齿顶间隙值为１mm .图９b 的改进方案在挡油盘和飞轮轮毂之间设置了交错式迷宫结构[１２Ｇ１３],其齿形亦为矩形,交错迷宫的径向间隙和轴向间隙均为１mm .在这两种改进方案中,均取消了挡油盘正下方的漏油孔(图１),目的是防止滑油沿该漏油孔向外泄漏,避免油气混合物绕过新增的迷宫结构.㊀㊀(a )改进方案一㊀㊀㊀㊀(b)改进方案二图９㊀两种增加迷宫结构的改进方案F i g ．９㊀T w o i m p r o v e d s t r u c t u r e sw i t ha d d e d l a b yr i n t h 对图９所示两种密封结构进行仿真,并在试验装置中测量其空气泄漏量和漏油速率.表１为腔压为３k P a ㊁转速为２０００r /m i n 条件下的空气泄漏量数据,可见两种改进结构的空气泄漏量相对原结构均明显下降,方案一的空气泄漏量降幅约为２０％,而采用交错迷宫的方案二空气泄漏量降幅达到了６０％.图１０为两种改进密封结构的７２６气液两相条件下迷宫密封泄漏分析与试验研究曹恒超㊀徐乙人㊀孙楠楠等Copyright ©博看网. All Rights Reserved.压力分布图,可见泄漏压力损失不再集中于挡油盘和轮毂之间的迷宫间隙处.在图１０a 中,挡油盘处新增迷宫结构承担了约１k P a 的压降,约占总压降的１/３.在图１０b 中,交错迷宫结构承担了约２k P a 的压降,约占总压降的２/３.显然增加的交错迷宫结构承担了大部分泄漏阻力,并使空气泄漏量减少.表１㊀原结构及改进结构的空气泄漏量T a b ．１㊀A i r l e a k a g e o f o r i g i n a l a n d i m pr o v e d s t r u c t u r e 序号结构泄漏量计算值(m ３/h )泄漏量测量值(m ３/h)１图５４６．５４８．８２图９a ３７．５３９．９３图９b２０．８１９．６(a)改进方案一(b)改进方案二图１０㊀两种改进密封结构的压力场F i g ．１０㊀P r e s s u r e f i e l do f t w o i m pr o v e d s e a l s t r u c t u r e s ㊀㊀在气液两相迷宫密封试验装置中测量两种改进密封结构的滑油泄漏特性,方法及条件参数与第３节相同,获得的滑油泄漏特性曲线见图１１.将图１１a 与图６所示原密封结构滑油泄漏曲线进行对比可知,改进方案一在零转速时的漏油速率有所增大,但其他转速条件下的泄漏量均减小,特别是最终泄漏量有较大降幅.将图１１b 与图６进行对比可知,增加交错迷宫结构的改进方案二各转速点滑油泄漏速率均有减小,没有出现零转速点漏油速率显著增大的情况,且４００r /m i n 及更高转速条件下的漏油速率亦减小至很低的水平.零转速不包含在正常工作转速范围内,因此统计了４００r /m i n 以上转速点漏油速率的平均值,结果见表２.由表２可知,改进方案一的总和漏油速率为原结构的５０％,最终漏油速率为原结(a)改进方案一(b)改进方案二图１１㊀两种改进方案的漏油速率F i g ．１１㊀O i l l e a k a g e r a t e o f t w o i m pr o v e d s t r u c t u r e s 表２㊀原结构及改进结构的平均漏油速率T a b ．２㊀A v e r a g e o i l l e a k a g e r a t e o f o r i gi n a l a n d i m pr o v e d s t r u c t u r e s 序号结构总和漏油速率均值(m L /m i n )最终漏油速率均值(m L /m i n )１图５１．１００．４５０２图９a０．５５０．０８３３图９b０．３６０．０２０构的２０％.改进方案二的总和漏油速率为原结构的３０％,最终漏油速率仅为原结构漏油速率的４．５％.零转速条件下,进入密封装置的滑油主要依靠重力作用流回腔内,不存在离心作用,图９a 中挡油盘的迷宫齿会对重力回油产生一定的阻碍作用,导致更多的滑油在气流吹拂作用下进入箱体盖板和轮毂的间隙处,这是改进方案一中零转速时漏油量增大的原因.而在图９b 的改进方案中,新增的交错迷宫结构在挡油盘和轮毂之间,不会阻碍零转速条件下的重力回油行为,因此改进方案二中没有出现零转速时漏油量增大的情形.在两种改进结构中,最终漏油量的下降幅值均明显高于总和漏油量的下降幅值,这可能与改进方案取消了挡油盘底部的漏油孔有关.本节的仿真和试验结果表明:在密封装置中增加迷宫齿能够减少空气泄漏,进而使滑油泄漏量减小;间隙相同的条件下交错式迷宫结构的密封效果显著优于直通式迷宫结构;取消挡油盘底部的回油孔不会造成漏油量增大,反而可能减小滑油泄漏量.５㊀结论对气液两相条件下的迷宫密封进行了仿真分８２６中国机械工程第３４卷第５期２０２３年３月上半月Copyright ©博看网. All Rights Reserved.析㊁试验研究及改进设计,主要结论如下: (１)可利用迷宫密封中的旋转流动对油气两相介质进行分离和回油,但这种分离和回油作用对微米级粒径或更小粒径的微小油滴效果有限. (２)同样间隙条件下,交错式迷宫结构的密封效果显著优于直通式迷宫结构,可利用交错迷宫结构降低空气泄漏,进而减少空气对液相介质的向外输运.(３)在气液两相介质的迷宫密封设计中,甩油㊁挡油及回油结构对液相介质的泄漏行为具有重要影响,需结合迷宫结构进行合理设计.参考文献:[１]㊀蔡仁良．流体密封技术[M]．北京:化学工业出版社,２０１３．C A IR e n l i a n g．F l u i d S e a l i n g T e c h n o l o g y[M]．B e iＧj i n g:C h e m i c a l I n d u s t r y P r e s s,２０１３．[２]㊀J I A X i n g y u n,Z HA N G H a i,Z H E N G Q u n,e ta l．I n v e s t i g a t i o no n R o t o rＧl a b y r i n t h S e a lS y s t e m w i t hV a r i a b l eR o t a t i n g S p e e d[J]．I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o fT u r b o&J e tＧe n g i n e s,２０２０,３７(３):２０９Ｇ２１９．[３]㊀A N D R O S O V I C H I,B O R O V I K O V D,S I L U YＧA N O V A M．A n a l y s i so f t h eG e o m e t r i cP a r a m e t e r sI n f l u e n c eo nt h eL a b y r i n t hS e a l sP e r f o r m a n c e[J]．J o u r n a lo f P h y s i c s:C o n f e r e n c e S e r i e s,２０２１,１９２５(１):０１２０７５．[４]㊀Z HA N G M,C H I L D SD．E f f e c t s o f I n c r e a s e dT o o t hC l e a r a n c eo nt h eP e r f o r m a n c eo faL a b y r i n t hS e a lw i t hO i lＧr i c hB u b b l y L a m i n a rF l o w[J]．J o u r n a lo fE n g i n e e r i n g f o rG a sT u r b i n e sa n dP o w e r,２０２１,１４３(１１):１１１００７．[５]㊀高旺．高速列车齿轮箱迷宫密封间隙的计算与分析[J]．机械制造,２０１８,５６(１１):２９Ｇ３２．G A O W a n g．C a l u l a t i o na n d A n a l y s i so fL a b y r i n t hS e a l i n g G a p o fE MU G e a r b o x[J]．M a c h i n e r y,２０１８,５６(１１):２９Ｇ３２．[６]㊀朱小晶．基于F L U E N T的动车齿轮箱密封结构的数值研究[J]．机械工程与自动化,２０１８(１):１０７Ｇ１０８．Z HU X i a o j i n g．N u m e r i c a lA n a l y s i so nS e a lS t r u cＧt u r e o fE MU G e a r b o xB a s e do nF L U E N TS o f t w a r e[J]．M e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g&A u t o m a t i o n,２０１８(１):１０７Ｇ１０８．[７]㊀徐继林．某型主机轴封泄漏故障实例[J]．航海技术,２０１８(６):４１Ｇ４３．X U J i l i n．F a u l tE x a m p l ef o rS h a f tS e a lL e a k a g eo fM a i nE n g i n e[J]．M a r i n eT e c h n o l o g y,２０１８(６):４１Ｇ４３．[８]㊀曹海军．离心式无损密封结构设计[J]．机械传动,２０１０,３４(１１):７８Ｇ７９．C A O H a i j u n．T h eD e s i g no fa K i n do fC e n t r i f u g a lN o n d e s t r u c t i v e S e a l i n g S t r u c t u r e[J]．J o u r n a l o fM eＧc h a n i c a lT r a n s m i s s i o n,２０１０,３４(１１):７８Ｇ７９．[９]㊀李伟．轴承腔油气两相流动特性的数值研究[D]．南京:南京航空航天大学,２０１７．L IW e i．N u m e r i c a lS i m u l a t i o na n dR e s e a r c ho nt h eC h a r a c t e r i s t i c s o fO i l/G a sT w oＧp h a s eF l o wi nB e a rＧi n g C h a m b e r[D]．N a n j i n g:N a n j i n g U n i v e r s i t y o fA e r o n a u t i c s a n dA s t r o n a u t i c s,２０１７．[１０]㊀HA O G,Z HA N GC,S U N K,e t a l．R e s e a r c ho n t h e I n f l u e n c e o f t h eD e f l e c t o rA n g l e o n t h eD r o p l e tT r a j e c t o r y B a s e d o n t h eC F DD i s c r e t eP h a s eM o d e l[J]．J o u r n a lo fP h y s i c s:C o n f e r e n c eS e r i e s,２０２０,１６００(１):０１２０３４．[１１]㊀李亚林,袁寿其,汤跃,等．离心泵内示踪粒子运动的离散相模型模拟[J]．农业机械学报,２０１２,４３(１１):１１３Ｇ１１８．L I Y a l i n,Y U A NS h o u q i,T A N GY u e,e t a l．S i m uＧl a t i o no f T r a c e r P a r t i c l e s M o v e m e n tb y D i s c r e t eP h a s eM o d e l i n t h eC e n t r i f u g a l P u m p[J]．T r a n s a cＧt i o n so ft h e C h i n e s eS o c i e t y o f A g r i c u l t u r a l M aＧc h i n e r y,２０１２,４３(１１):１１３Ｇ１１８．[１２]㊀L I NZ h i r o n g,WA N G X u d o n g,Y U A N X i n,e t a l．I n v e s t i g a t i o na n dI m p r o v e m e n to ft h e S t a g g e r e dL a b y r i n t hS e a l[J]．C h i n e s eJ o u r n a lo f M e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g,２０１５,２８(２):４０２Ｇ４０８．[１３]㊀张晓旭,李雪松,王路遥,等．直通齿和交错齿迷宫密封流场与动特性的比较[J]．工程热物理学报,２０１４,３５(６):１０８３Ｇ１０８６．Z HA N G X i a o x u,L IX u e s o n g,WA N G L u y a o,e ta l．T h e C o m p a r i s o n o fF l o w F i e l da n d D y n a m i cC h a r a c t e r i s t i co fS t r a i g h t a n dS t a g g e r e dL a b y r i n t hS e a l[J]．J o u r n a lo f E n g i n e e r i n g T h e r m o p h y s i c s,２０１４,３５(６):１０８３Ｇ１０８６．(编辑㊀王艳丽)作者简介:曹恒超,男,１９８８年生,工程师.研究方向为密封技术.EＧm a i l:c a o h e n g c h a o＠w e i c h a i．c o m.李永健(通信作者),男,１９８０年生,副教授㊁博士研究生导师.研究方向为密封技术. EＧm a i l:l i y o n g j i a n＠m a i l．t s i n g h u a．e d u．c n.９２６气液两相条件下迷宫密封泄漏分析与试验研究曹恒超㊀徐乙人㊀孙楠楠等Copyright©博看网. All Rights Reserved.。

广州市某医院放射人员个人剂量监测结果讨论

第49卷第7期2021年4月广州化工Guangzhou Chemical IndustryVol.49No.7Apr.2021广州市某医院放射人员个人剂量监测结果讨论黄润玲，潘心红，吴锦银，鲁恩洁，张健（广州市疾病预防控制中心，广东广州510440）摘要：放射人员个人剂量监测是反映放射人员在工作中受到的辐射和工作环境的辐射安全，其结果为评价人员和场所的防护效果提供理论依据。

在2016-2018年，我们采用热释光剂量检测方法，对某综合医院放射人员个人剂量进行监测。

一年监测四次，四次结果相加即为年剂量。

结果：放射人员年剂量0.20mSv-a-1,介入放射诊疗人员年剂量0.26mSv辺匕说明放射人员的工作环境安全，但介入放射诊疗人员要加强个人防护。

关键词：放射人员；个人剂量；监测；结果分析中图分类号：R144文献标志码：B文章编号：1001-9677（2021）07-0102-03Discussion on Individual Dose Monitoring Results of RadiationPersonnel in A Hospital in GuangzhouHUANG Run-ling,PAN Xin-hong,WU Jin-yin,LU En-jie,ZHANG Jian（Guangzhou Center for Disease Control and Prevention,Guangdong Guangzhou510440,China）Abstract:The personal dose monitoring of radiation personnel reflects the radiation safety of radiation personnel and working environment,and the results provide theoretical basis for evaluating the protection effect of personnel and places. In2016-2018,the thermoluminescence dosimetry was used to monitor the personal dosimetry of radiation workers in a general hospital.Four Times a year were monitored,and the four results added up to an annual dose.Results showed that the annual dose of radiation personnel was0.20mSv-a-1.The annual dose of interventional radiology personnel was 0.26mSv•a"1.It showed that the working environment of radiation personnel was safe,but the personnel involved in radiation diagnosis and treatment should strengthen personal protection.Key words：radiation personnel；individual dose；monitoring；result analysis放射工作人员个人剂量监测是放射卫生防护的重要手段,对放射工作人员防护状况，评价防护效果，提高防护水平意义重大⑴。

影响迷宫密封因素的分析

影响迷宫密封因素的分析巴鹏;张雨薇;吕忠阳;张秀珩;陈涛【摘要】运用Fluent模拟仿真技术及经验对比,对影响迷宫密封性能的主要参数:空腔形状、数量、间隔和密封间隙进行分析研究,找出对迷宫密封的影响规律及其优化.得出:在不同形状的空腔结构对比下,一定深宽比下的矩形齿具有与半圆齿形一样好的密封性;任一空腔尺寸下都存在一个最优的空腔数量,在保证泄漏量下空腔利用率最高,而且随着空腔尺寸的增加,最佳空腔数量有减少趋势;随着密封间隙的增大,泄漏量逐渐增大;空腔间隔在一定压强与密封间隙下存在最优值.得出在进出口压比为3,间隙为0.2 mm,齿厚为0.2 mm时迷宫密封效果最好.%Using the fluent software simulation technology and experience contrast, the important parameters influencing the perfor-mance of labyrinth seal are analyzed and researched, such as the cavity shape, number, interval and seal clearance. Through the study of the simulation of different cavity structure shape, it is found that rectangular tooth profile is as good as the semicircle in sealing. On the premise of maintaining the same cavity size, there is an optimal value of the cavity number in arbitrary dimensions with changing the number of the cavities, and the larger size is, the minimum the optimal value is. There is a proportional relation-ship between seal gap and the leak. The cavity interval (the tooth thickness) has the optimal value, and this paper concludes that the labyrinth seal effectiveness is best when the clearance is 0.2 mm when the pressure ratio of import and export is 3, and the tooth thickness is 0.2 mm.【期刊名称】《压缩机技术》【年(卷),期】2016(000)002【总页数】5页(P24-27,30)【关键词】迷宫密封;空腔形状;空腔间隔;压缩机【作者】巴鹏;张雨薇;吕忠阳;张秀珩;陈涛【作者单位】沈阳理工大学机械工程学院,辽宁沈阳 110159;沈阳理工大学机械工程学院,辽宁沈阳 110159;沈阳理工大学机械工程学院,辽宁沈阳 110159;沈阳理工大学机械工程学院,辽宁沈阳 110159;沈阳理工大学机械工程学院,辽宁沈阳110159【正文语种】中文【中图分类】TH45现代社会随着航海和航空中流体机械的快速发展，迷宫密封做为一种非接触方式，适应时代需求，也得到快速的发展。

仿生集束螺旋槽干式气体密封特性的数值分析

[11-12]
图1
高速翅鸟类和细长翅鸟类图
图2
鸟翼前缘小翼羽结构工作原理图
将高速飞鸟翼翅的收敛构形和鸟翼前缘的小翼羽结构作为耦合仿生的仿生耦元，并用于 S-DGS 的型槽结构改型优化，通过几何重构开发出 CS-DGS，如图 3 所示。具体来讲，CS-DGS 是在收敛构形的双螺旋角 S-DGS 结构基础上，通过在型槽上游侧入口处设置一道或多道类似于鸟翼前缘小翼羽结构的密封堰，从而使其上游侧入口分隔为具有多个不等螺旋角的微螺旋槽族引流结构，各微槽族在槽根处交汇贯通。
1 ∂ ⎛ 1 ∂ ⎛ ∂ 3 ∂P ⎞ 3 ∂P ⎞ ⎜ PH ⎟+ ⎜ RPH ⎟ = Λ ( PH ) (1) ∂θ ⎠ R ∂R ⎝ ∂R ⎠ ∂θ R2 ∂θ ⎝
应对开启力的影响程度应的强弱，表示为
RF =
，可用以表征密封动压效
Fo − Fo ，ω = 0 Fo ，ω = 0
(7)
式中，Fo，ω=0 表示角速度为 0 时的密封开启力。
。飞鸟之所以能稳定飞行是由翼翅宏观
构形、翼羽结构等多个因素耦合作用的结果，飞鸟翼翅不少具有增升构形和可改善飞行稳定性的翼羽结构，图 2 所示鸟翼前缘的小翼羽结构就具有这种功能。在小翼羽和上翼面之间有一道或多道翼缝，其对气流具有很好的导向作用，在飞鸟大迎角飞行时仍能使翼面气流保持平滑通过，从而维持升力
[3-4]
螺旋槽干式气体密封 (Spiral groove dry gas seal，S-DGS)在中高速旋转机械的使用过程中逐渐
∗ 国家自然科学基金(51275473)、浙江省自然科学重点基金(LZ15E050002) 和国家重点基础研究发展计划(973 计划，2014CB046404)资助项目。 20140827 收到初稿，20150425 收到修改稿

三种迷宫密封泄漏量及动特性系数数值研究

三种迷宫密封泄漏量及动特性系数数值研究徐文杰;王建文【摘要】Numerical method was used for simulating the flow fields and studying the sealing performance and dynamic characteristics of straight-through,stepped and staggered labyrinth seals.The effects of rotor speed and pressure on leakage and dynamic characteristics were investigated.The results indicate that staggered labyrinth seal has the best sealing performance among three kinds of seals,while the straight-through type has the worst sealing performance.Straight-through labyrinth seal has better dynamic characteristics at high speed,while the staggered type has better dynamic characteristics at low speed,but its dynamic performance falls sharply with the increasing of rotor speed.At low rotor speed or high pressure difference,staggered labyrinth seal has better sealing performance and dynamic characteristics,while the stepped type has the worst sealing performance and dynamic characteristics.At highspeed,straight-through labyrinth seal has better dynamic characteristics,while the staggered type has the worst dynamic characteristics.%对直通型、阶梯型及交错型3种迷宫密封流场进行数值分析,研究其封严特性及动力学特性,分析进出口压差、转子转速对迷宫密封泄漏量及动力学特性系数的影响.研究结果表明:交错型迷宫密封封严特性最优,直通型最差;直通型迷宫密封在高转速时有较好的动力学特性,而交错型迷宫密封在低转速时动力学特性很好,但随转速的增加动力学性能急剧下降;在进出口压差较大或转速较低时,交错型迷宫密封具有良好的密封性能及动力学特性,阶梯型迷宫密封动力学特性最差;在转速较高时,直通型迷宫密封具有良好的动力学特性,交错型迷宫密封动力学特性最差.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2017(042)003【总页数】6页(P96-101)【关键词】迷宫密封;计算流体动力学;泄漏量;动特性系数【作者】徐文杰;王建文【作者单位】华东理工大学机械与动力工程学院上海200237;华东理工大学机械与动力工程学院上海200237【正文语种】中文【中图分类】TH136迷宫式密封的2个密封面不直接接触，在密封面之间不存在摩擦和磨损，因此在大功率旋转机械，特别是高速、超高速转子系统中应用逐渐增多。

迷宫密封式液压缸泄漏量建模与分析_李春风

参考文献：
［ 1］汤臣杭，杨惠霞，王玉明．直通式迷宫密封的数值分析［ J］．流体机械， 2006 ， 34 （ 12 ）： 21 － 24．［ 2］王松涛，刘智勇，王东林．活塞速度对迷宫密封性能影响 J］．化工机械， 2011 ， 38 （ 1 ）： 91 － 93．的数值分析［［ 3］王福军．计算流体动力学分析［ M］．北京：清华大学出版 2004．社，［ 4］林丽，刘卫华．齿型夹角对迷宫密封性能影响的数值研 J］．润滑与密封， 2007 ， 32 （ 3 ）： 47 － 50．究［［ 5］ BＲOWNELL J B， MILLWAＲD J A， PAＲKEＲＲ J． Nonintrusive Investigations into Lifesize Labyrinth Seal Flow ． Journal of Engineering for Gas Turbines and Fields［J］ 1989 ， 111 （ 2 ）： 335 － 342． Power，［ 6］ MOＲＲISON G L， JOHNSON M C， TATTEＲSON G B． 3D Laser Anemometer Measurements in a Labyrinth Seal［ J］． 1991 ， Journal of Engineering for Gas Turbines and Power， 113 （ 1 ）： 119 － 125．［ 7］ WITTIG S， DOＲＲ L， KIM S． Scaling Effects on Leakage J］． ASME Journal of EngineerLosses in Labyrinth Seals［ ing for Power， 1983 ， 105 （ 2 ）： 305 － 309．［ 8］ NIKITIN G A， IPATOV A M． Design of Labyrinth Seals in

迷宫密封特性研究

摘要迷宫密封常用于防止透平机械的泄漏，它的研究重点是减少泄漏，提高运行稳定性和延长使用寿命。

然而，如何对其泄漏量进行计算，进而对其结构进行合理设计，至今仍是人们关注的问题。

影响迷宫密封性能的因素有许多，如总体的结构型式、空腔形状及尺寸、节流间隙宽度、节流齿厚度及数量、齿形状、介质特性、压力温度条件、转轴旋转速度等。

介质在迷宫密封内的流动情况十分复杂，影响因素较多且相互关联，这增加了研究的难度，同时使研究结果相互间差异很大。

本文主要从泄漏量和密封影响因素以及迷宫密封内部流场机理等方面简要的介绍对迷宫密封特性的影响，最后简要地探讨了迷宫密封特性研究的发展方向。

关键词：迷宫密封，密封机理，发展趋势AbstractA labyrinth seal is a component used in a turbomachine to prevent the leakage of the working fluid .the emphasis of its research is to reduce leakage, improve stability and prolong working life. Nowadays people care for the way how to compute the leakage rate and how to optimize the design of structure. There are Many factors that influence the performance of a Labyrinth seal, such as structures, shape and size of cavities, clearance area, thickness and number of teeth, shape of teeth, property of seal gas, pressure and temperature, Shaft rotation speed and so on. The situation of flow field Inflow in Labyrinth seal cavity, many factors are related, so the research will be more difficult and the consequence will be different. This article mainly from the leakage and the factors affecting seal and labyrinth seal mechanism of the internal flow field in terms of characteristics of labyrinth seal, and finally briefly discusses the characteristics of labyrinth seal development.Key words: Labyrinth Seal Sealing mechanism Trends迷宫密封特性研究1 迷宫密封特性研究的背景和意义迷宫密封是依靠节流间隙中的节流过程（压力能转化为动能）和密封空腔中的动能耗散过程（动能转化为热能）实现密封。

迷宫密封转子动力学特性的数值模拟

收稿日期:2008-04-14;　修订日期:2008-12-08基金项目:国家重点基础研究计划(973计划)基金资助项目(2007C B707705);新世纪优秀人才支持计划基金资助项目(NCET -07-0669)作者简介:晏　鑫(1983-),男,湖北黄冈人,西安交通大学博士研究生.文章编号:1001-2060(2009)05-0566-05迷宫密封转子动力学特性的数值模拟晏　鑫1,蒋玉娥2,李　军1,丰镇平1(11西安交通大学叶轮机械研究所,陕西西安710049;21河南泰隆科技开发应用有限公司,河南郑州450007)摘　要:采用数值求解三维Reynolds -Averaged Navier -S tokes(RANS )方程,研究了具有16个齿的迷宫密封转子动力学特性,分析了在两种转速条件下进口预旋对迷宫密封转子动力特性系数的影响,计算了无进口预旋时,在两种压比条件下,迷宫密封系统的交叉刚度和直接阻尼系数随转速的变化关系,并将计算结果与实验值和两控制容积BF (Bulk Flow )方法计算值进行了比较。

研究结果表明:所采用的数值方法能较好地预测迷宫密封的转子动力特性,且计算结果优于两控制容积BF 方法。

对于迷宫密封,交叉刚度与进口预旋近似成正比关系,且随着转速的增大而增大;直接阻尼对转速和进口预旋均不敏感,但随压比的增大而显著增大。

过大的进口预旋和转速均会使转子的稳定性降低;工作在较大转速下的迷宫密封系统可以通过施加合理的进口预旋来增强转子的稳定性。

关键词:迷宫密封;转子动力学特性;进口预旋;BF 方法;数值模拟中图分类号:TK 263:O242 文献标识码:A引　言迷宫密封由于其技术成熟、成本低、安装方便而广泛应用于叶轮机械行业中。

随着科技的不断进步,为了满足封严特性的要求,密封间隙的尺寸不断减小;另一方面,转子的柔性不断增大,均会使得自激振动易于发生[1]。

研究表明:压气机中的气流激振力主要来自于其中的迷宫密封;而对于汽轮发电机组而言,蒸汽诱发的转子不稳定振动会成为限制机组出力的重要因素。

光轴迷宫密封泄漏流动特性影响因素的数值研究

光轴迷宫密封泄漏流动特性影响因素的数值研究张森森【摘要】采用数值求解三维粘性Reynolds-Averaged Navier-stokes (RANS)方程技术,研究汽轮机低压光轴迷宫式隔板密封内泄漏流动特性及其影响因素.采用有限体积方法离散控制方程,标准k-ε紊流模型封闭求解方程组,同时考虑轴的旋转效应.针对典型的光轴整体加工尖齿隔板密封,分别数值研究了相同的轴向距离和径向间隙下三种齿间距在不同压比下的泄漏流动特性,计算了相应的无量纲流量系数.计算结果显示出迷宫隔板密封与轴之间的环形腔室内三维涡流使泄漏流动的动能有效地耗散成热能,起到了密封的作用.研究结果表明在相同的几何尺寸下迷宫隔板密封的泄漏量随着压比的减小而增大,在相同的压比条件下,泄漏量随着密封齿间距的减小而减小.本文的研究工作对合理有效地设计迷宫式隔板密封提供一定的理论依据和技术支撑.【期刊名称】《节能技术》【年(卷),期】2014(032)004【总页数】5页(P300-304)【关键词】光轴迷宫密封;泄漏流动;旋转效应;无量纲流量系数;数值模拟【作者】张森森【作者单位】海军装备部驻沈阳地区军事代表局,辽宁沈阳110031【正文语种】中文【中图分类】TK26;TK263.6+3现代火力发电厂技术对动力装置越来越高的要求推动了汽轮机密封技术的不断发展，先进的转子和静子间的动密封技术可显著提高汽轮机的工作效率和可靠性。

汽轮机的密封装置的结构主要是迷宫式密封、刷子密封和蜂窝密封[1]。

迷宫式密封由于其结构相对简单和成本低，所以迷宫式密封是汽轮机最常用的密封装置。

迷宫式密封的密封原理是密封齿与转子间形成的一系列节流间隙和膨胀空腔，使通过的气体产生节流与热力学效应而达到密封效果。

密封按其装置位置的不同可分为轴端密封(轴封)，隔板密封和通流部分密封(叶顶密封)三类。

对于隔板密封，在汽轮机的高压端，缸内蒸汽压力高，为减少蒸汽的泄漏量，一般采用高低齿式汽封。

分层采油泵迷宫密封槽结构对阻流效果的影响

分层采油泵迷宫密封槽结构对阻流效果的影响摘要：柱塞与层压油泵气缸之间密封间隙的几何参数和密封罐的结构都对堵塞效果有影响。

为了研究在有限长度泵组下密封罐槽的宽度和槽数对泄漏量的影响，利用奈弗-斯托克斯方程建立了间隙内液体流量控制方程。

利用计算流体动力学对间隔流场进行了数值分析。

以广泛应用的fccyb38-28a层压油泵为例，分析了不同泵空间下密封效果随密封槽尺寸和数量的变化。

关键词：分层采油泵；迷宫密封槽结构；阻流效果引言层间干扰是层间采油过程中及后期常见的问题。

层压抽油泵能有效解决油层间的干扰，提高采收率。

因此，层压抽油泵在采油作业中得到了广泛的应用。

层压板油泵活塞与泵缸之间的密封为非接触式间隙密封。

与接触接头相比，具有结构简单、适用性强等优点。

1技术方案及现场试验1.1技术方案理论研究表明:在分层开采过程中，控制了高渗层的液体产量，提高了高渗层的压力。

高渗透率区和低渗透率区之间的压差越大，定向管道就越大，即层内纵向压差会在层内产生扰流板驱油效应。

油位移数值模拟结果,根据这个理论,不同的周期和萃取,萃取注入不同压力和喷油中显示的混乱动荡流离失所的三节高回报当注入1月份暂停了和井井底压力是1 ~ 3兆帕。

在saebei油田的这个测试组中，选择了以注入井为中心的1注4井组进行后续的水驱动。

注油井配有独立的偏心注油线，生产井配有智能配线。

视油气层发展的特点,并结合外部压力大小的缓刑判决后管层油层配电智能化发展,确定主要生产层、每组中,井井关闭智能配电粘合层,主要生产主要生产层执行扰动驱油程序，对应于注入层部分，以维持或加强注水;非初级液体层的不受控制的释放与注入井的密集注水相对应。

1.2现场试验2021年进行了为期一个半月的扰流驱油试验，试验期间采出井1井关闭主产液层SII13-16一个月，期间接替层因供液能力低以间抽方式生产，间抽初期含水下降13.9个百分点，后期含水逐步回升至96.7%，比配产前低1.5个百分点；主产层配产器打开后，产液水平上升，含水稳中有升，初期日产油增加0.57t。

液压缸直通式迷宫密封泄漏量数值模拟

液压缸直通式迷宫密封泄漏量数值模拟刘守法;王引卫【期刊名称】《机床与液压》【年(卷),期】2013(000)021【摘要】In order to solve the leakage analysis problem of straight-through labyrinth seals for hydraulic cylinder,a numerical a-nalysis method was presented,in which k-εturbulent model of incompressible fluid was used to calculate the leakage of the labyrinth seal in piston edge based on PHOENICS software,the influences of groove number,groove depth,groove width and linear velocity on leakage were analyzed. It is shown that under laminar condition,the labyrinth seal not only cannot prevent leaking,but also brings negative influence. Comparing with other methods,the simulation method is more economical and practical,and it supplies valuable reference for hydraulic component designer.%为解决移动式液压缸直通式迷宫密封泄漏量分析困难的问题，提出一种数值模拟研究方法，基于PHOENICS软件对采用k-ε湍流模型的不可压缩流体的迷宫密封流场进行了计算，分析了缝隙中液压油为层流时迷宫密封的凹槽数目、凹槽深度、凹槽宽度及边界相对运动速度对泄漏量的影响。