柱面螺旋槽气膜密封微尺度流动场稳态特性分析

摘要

针对燃气轮机转子振动较大的特点,提出一种新型柱面螺旋槽气膜密封.利用考虑滑移边界条件下的微尺度效应稳态柱面雷诺方程,求解柱面气膜的压力的近似解析解,获得柱面螺旋槽气膜量纲1浮升力、泄漏量以及摩擦转矩,并讨论了工况参数和螺旋槽结构参数对稳态性能的影响.综合考虑参数对稳态特性的影响,提出优化结构参数.结果表明:密封压差对稳态特性的影响要远大于偏心率.在不同的偏心率下,螺旋槽槽数对浮升力的影响不明显,随着槽数的增加,摩擦转矩升高,泄漏量降低并在槽数n=12左右趋于稳定;随着槽深的增大,浮升力呈下降趋势,摩擦转矩和泄漏量相应增大;随着密封宽度增大,浮升力呈上升趋势,但偏心率不同,上升幅度不同;泄漏量在密封宽度L=0.035 m处基本稳定.螺旋角的增大导致了浮升力的下降,摩擦转矩和泄漏量呈上升趋势.在密封压差的作用下,摩擦转矩随着4种结构参数的增大而上升.槽数增大导致浮升力下降,与槽深的影响刚好相反.随着密封宽度的增加浮升力先降低后升高,与螺旋角的影响刚好相反.槽数和密封宽度的增加导致泄漏量快速下降至稳定值.提出优化的结构参数如下:槽数n=12～18,密封宽度L=0.03～0.045 m,螺旋角α=40°～50°.