2.3 螺旋槽动环迷宫密封间隙激励力及其等效动力学特性

进入21世纪以来，用户对离心泵的水力性能及运行稳定性提出了更高的要求，这也使得设计及研究人员在离心泵口环密封、级间密封及平衡鼓密封的密封形式选择上，不再局限于光滑环形密封、传统迷宫密封，而是逐渐探索并应用特殊齿形的新型密封。螺旋槽迷宫密封由于其反泵送效应，在泄漏量的控制方面取得了显著成效，被广泛应用于单级扬程较高、特殊介质的特种泵型中。工程中，针对此类特殊齿形的新型密封间隙非定常流体激励力及其等效动力学特性的求解仍然以修正摩擦因子下的整体流动理论（Bulk Flow Theory）结合摄动法进行求解，这一方法在泄漏流研究及传统迷宫密封、阻尼密封的动力学研究中也有较多应用。但是，这一分析方法应用布拉修斯（Blasius）模型描述切应力与局部运动状态的关系，避开了密封的结构细节，尤其是内壁面与外壁面设有的槽、孔等结构，仅用等效的摩擦因数计算流体与定子内壁面与转子外壁面间的切应力，分析需要大量基于实验的经验系数，并未得到广泛的工程应用。与之相比，Iwatsubo于同期提出的针对矩形槽、螺旋槽及双螺旋槽转子迷宫密封动力学计算的两控制体分析方法，充分考虑了密封几何结构细节，间隙流域得到合理划分，每部分进行单独分析，分析方法科学。值得注意的是，这一分析方法对每个单独控制体分析时，均忽略了周向速度沿轴向的变化，流体微元控制方程仅包括轴向动量方程及连续性方程，缺少了周向动量方程，降低了此方法的计算精度，尤其是针对螺旋槽、双螺旋槽等结构的转子迷宫密封。因此本节在螺旋槽迷宫密封的静特性与动特性求解中，建立考虑周向动量方程、周向速度摄动量及其随z坐标变化的齿顶间隙流域与槽内流域的控制方程组并提出了对应的求解方法。