不同迷宫密封空腔齿型对比

第37卷 第12期 2015-12(上)

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收稿日期：2015-08-06

作者简介：吕忠阳（1989 -），男，硕士研究生，研究方向为往复式压缩机的迷宫密封。

不同迷宫密封空腔齿型对比

The contrast of different ｌabyrinth cavity tooth form

吕忠阳，巴 鹏

LV Zhong-yang, BA Peng

（沈阳理工大学 机械工程学院，沈阳 110159）

摘 要：针对迷宫密封影响最大的是空腔齿型，通过控制变量类比法，结合CFD软件分析和理论方法，

找出各种空腔齿形下的最优尺寸比例，使密封性最好，并对比发现最佳空腔齿形。三角形是在凹角为30时密封性最好，矩形是在深宽比为0.2时泄露量最小，规则圆弧形是在空腔为整个半圆时最好。而在各种齿型中，密封性最好的是不规则齿型，具体参数见正文。结合各种齿型下的最优尺寸比例和现实生产情况，得出矩形齿形可以成为比当前常用三角形齿型更好的齿型。

关键词：迷宫密封；空腔齿型；压缩机

中图分类号：TH457 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2015)12(上)-0013-03Doi：10.3969/j.issn.1009-0134.2015.23.04

0 引言

到目前为止，各国学者对官迷宫密封做了大量的试验理论模拟研究分析，从迷宫机理到影响密封及泄露的因素，得出了大量可应用于实践的理论成果。在迷宫压缩机方面，不外乎活塞与气缸的间隙和其相接触处的空腔。而且迷宫压缩机中其相对运动为径向的，活塞与气缸的相对空腔也在不断的变化，在不同的速度下应有一理想的齿形，使理论上泄露量最小甚至没有

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。

目前，迷宫密封的空腔齿形总体上可分为五类，分别是：1）斜齿，代表齿形为平行四边形，主要影响因素为倾斜角度。2）矩形（包含梯形和三角形）主要影响因素为内倾角，长宽比。3）圆弧形（包含圆弧构成的类圆），主要影响因素为多大的半圆，即深度大小。4）椭圆（包含各种圆弧构成的类椭圆），主要影响因素为倾角。5）三角形，主要影响因素为其宽度和顶角。所以在空腔齿型方面，可总结为，影响迷宫密封的主要因素为：齿形、倾角和大小。本文针对上述常见空腔形状及其特征，基于6K-375往复式活塞压缩机，逐一讨论分析了各个空腔形状下的最佳尺寸比例，并在各个空腔形状的最佳尺寸比例下，对比它们的泄露量，得出最佳空腔形状及其最佳尺寸。

1 不同空腔齿形下模型的建立

在分析不同空腔齿型对迷宫密封和泄露量的影响时，其他条件均相同，仅考虑齿型变化对流场和泄露量的影响。在此画出各空腔形状下的最佳空腔尺寸。矩形的的最佳深宽比通过w=2mm ，h 从0.2mm ～2mm 依次

算出其泄露量，分析得出最佳比为0.2左右；而圆弧是在w=2mm 时，用r=2mm 的圆弧画出不同深度的圆弧凹槽，通过对比发现空腔为规则圆弧形时，空腔为整圆的一半时密封性最好；三角形是在，从凹角为10到90，得出在三角形空腔下，凹角为30左右时泄露量最小。而不规则圆形在某些特定尺寸及大小下有较好效果。选用空腔数量为20个，空腔间隔为0.2mm

。模型具体参数为：

δ＝0.2mm ，w=2mm ，h=0.6mm ，

t=0.2mm

完整的半圆δ＝0.2mm ，

w=2mm,t=0.2mm

δ＝0.2mm ，w=2mm ，α=30°，t=0.2mm （α为凹角

）

δ＝0.2mm ，w=2mm ，r 1=2.19mm ，r 2=0.48mm ，r 3=0.67mm ，

t=0.2mm(r 1、2、3为弧形的三段圆弧)

图1 各空腔形状下的最佳齿形

2 控制方程

密封间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压缩流对称流动的雷诺平均Navier-Stokes 方程以及k-ε湍流模型进行数值模拟。

在求解密封空腔内流体过程中，将质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程采用通用变量的方法进行