基于FLUENT技术迷宫密封的结构优化.pdf

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1、2013年第4l卷第9期流体机械文章编号：1005-0329(2013)09-0029—04基于FLUENT技术迷宫密封的结构优化肖芳，王亚洲。刁安娜，刘常峰(中国船舶重工集团公司第七一一研究所，上海200072)摘要：以压缩机迷宫密封为研究对象，利用FLUENT模拟气体在迷宫密封中的内部流动，分析了气体在迷宫密封中的速度与压力分布，并研究了间隙宽度和空腔深度对迷宫密封泄漏量的影响，提出了4种不同尺寸的迷宫密封结构，分别得到在不同模型下泄漏量与压差之间的变化规律，其中模型D有效减少了迷宫密封的泄漏虽，提高了密封性能。关键词：迷宫密封；结构优化；泄漏量；数值仿真中图分类号：

2、TH136文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1005-0329．2013．09．007StructuralOptimizationDesignofLabyrinthSealBasedonSoftwareFLUENTXIAOFang，WANGYa—zhou，DIAOAn-na，LIUChang—feng(ShanghaiMarineDieselEngineResearchInstitute，Shanghai200072，China)Abstract：Basedonthelabyrinthsealmodelofcompressorusinginflarega

3、srecovery，FLUENTisusedtoimi~teinternalflowoflabyrinthseal，thedistributivefiguresofpressure，velocityareobtained，therelationshipbetweenleakageandgapwidthandcavitydepthhasbeenanalyzed，fourdiferentsizeoflabyrinthsealwaschosen，variablecurvesofpressurediferenceandleakageisacquired，modelDCanefec

4、tivelyreducetheleakageoflabyrinthseal，whichimprovesthesealperformance．Keywords：labyrinthseal；structuraloptimization；leakage；numericalsimulation1引言一致，误差在可控范围内。于是同时分析当转子按照一定的转速旋转时，气体在迷宫密封中的速迷宫密封具有结构简单、使用方便、性价比度与压力分布，研究不同间隙宽度和空腔深度与高、工作可靠等优点，被广泛应用于压缩机、透平泄漏量之间的关系，并基于仿真结果对迷宫密封膨胀机、汽轮机等流体机械中，因为迷宫

5、密封的转进行改进，改进后的迷宫密封结构可以有效减少子和机壳间存在间隙，无直接接触，因此迷宫密封气体的泄漏量。可以适应高温、高压、高转速频率的场合]。通过计算相同压差下泄漏量的大小可以衡量迷宫密2齿顶间隙泄漏量的数值计算分析封性能的好坏，泄漏量越小说明迷宫密封的性能越好。近几十年来，各国学者对迷宫密封做了很2．1模型的建立多的研究，也提出了很多迷宫密封的泄漏量的计迷宫密封的齿形是影响密封特性的一个重要算方法，如Martin公式、Egli计算方法、Kearton计参数，常见的迷宫齿形有三角形齿、矩形齿和梯形算方法、Vermes计算方法、Stodala计算方法J，齿等，本文的研

6、究重点为矩形齿，本文以压缩机迷但是这些方法大都只适用于一定的范围，并不具宫密封结构为例，如图1所示为矩形迷宫密封的有通用性，本文通过FLUENT仿真软件计算气体结构，迷宫结构级数为4级，其尺寸如图1所示在迷宫密封中的泄漏量，经相关文献[7]试验验(图中L=18ram，b=0．1mm，b1=2ram，Bl=2mm，证，FLUENT数值仿真结果与试验结果变化规律B，=1mm，h=1．5mm)。收稿日期：2012—12—25修稿日期：2013—02—28FLUIDMACHINERYVo1．41，No．9，2013从图中可以看出，当网格尺寸从小逐渐变大时，即对应网格数量由多到少时

7、，泄漏量的变化量也越来越大，而当网格为0．0075、0．01时，两者的图1矩形迷宫密封的结构泄漏量相差很小，但是网格数量却相差很大，因此2．2控制方程及模拟条件仿真计算时耗时很大，所以在保证计算精度的前2．2．1控制方程提下，为了节约仿真计算时间，本文网格尺寸采用流体在迷宫密封中的流动要满足湍流方程、0．O1mm，以后的模型网格划分也以此网格尺寸为质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。准。其守恒方程的通用形式为：十div(p咖)：div(，gra)+

8、s(1)3仿真结果分析d式中P——密度按照2．2中的控制方程及模拟条件对