2.3.3 工况参数对螺旋槽转子迷宫密封动力学特性的影响

深入研究螺旋迷宫密封动力学特性优化设计方法，改进螺旋槽转子迷宫密封泄漏量及动力学特性求解方法，本节将着重研究不同工况参数及几何参数，如压差、转速、半径间隙、螺旋角等对动力学特性的影响。选用某模型泵中常用系列螺旋槽迷宫密封为计算模型，工作介质为20℃的水，其余工况及几何参数均采用表2-2中所列基本参数。其中，预旋系数a定义为密封进口处周向速度与转子自转角速度的比值，见式（2-94）。则当无强制预旋时，预旋系数a=1。

图2-10 间隙流体激励力计算结果与实验结果对比

表2-2 计算模型几何参数及操作工况

图2-11动特性系数随压差的变化 给出了作用于密封两端压差对螺旋槽转子迷宫密封动力学特性系数（包括主刚度系数、交叉刚度系数、主阻尼系数、交叉阻尼系数）的影响。算例中，压差由0.2MPa线性增大至1.4MPa。由图中可以看出，主刚度系数及交叉刚度系数随压差的增大呈线性增大趋势，主阻尼系数与交叉阻尼系数随压差的增大呈抛物线形状。螺旋角对四个动特性系数均有明显影响，同一工况下，动力学特性系数均随螺旋角的增大而增大，且螺旋角较大的密封随压差的变化更加敏感。

图2-11 动特性系数随压差的变化

图2-11 动特性系数随压差的变化（续）

图2-12a～图2-12d分别给出了转速在500r/min到3500r/min范围内，螺旋槽转子迷宫密封主刚度系数、交叉刚度系数、主阻尼系数、交叉阻尼系数的值。由图中可以看出，转速对密封主刚度的影响最小，对交叉阻尼系数的影响最大。主刚度随转速的变化较小，交叉刚度随转速的增大呈线性增大趋势，且变化率几乎不随螺旋角而变化。主阻尼系数与交叉阻尼系数随转速的增大而减小，且交叉阻尼系数的变化更加明显。

图2-12 动特性系数随转速的变化

图2-12 动特性系数随转速的变化（续）

图2-13a～图2-13d分别给出了螺旋槽转子迷宫密封动特性系数从进口处无预旋到1倍预旋（即，进口预旋系数从1到2）工况下的变化趋势。总之，预旋系数对密封各动特性系数的影响较小，尤其是主刚度及主阻尼系数。交叉刚度及交叉阻尼系数随预旋系数的增大呈线性增大趋势，且变化率几乎不随螺旋角而变化，此变化趋势与光滑密封的变化趋势一致^[160]，但预旋强度对光滑密封主刚度系数的影响更加明显。

图2-13 动特性系数随预旋系数的变化

图2-13 动特性系数随预旋系数的变化（续）