往復(fù)式壓縮機(jī)迷宮密封加工過(guò)程中，為簡(jiǎn)化加工工藝，將傳統(tǒng)迷宮密封加工成類(lèi)迷宮螺旋密封。為比較類(lèi)迷宮螺旋密封與迷宮密封的密封性能差異，分析類(lèi)迷宮螺旋密封的密封機(jī)制，將類(lèi)迷宮螺旋密封的能量耗散分成類(lèi)迷宮密封能量耗散和槽向能量損失，采用CFD 方法對(duì)類(lèi)迷宮螺旋密封的密封性能進(jìn)行數(shù)值模擬。結(jié)果表明，類(lèi)迷宮螺旋密封的密封性能雖不及傳統(tǒng)迷宮密封，但密封效果相差在5%以?xún)?nèi)，綜合考慮加工工藝、經(jīng)濟(jì)效益等因素，采用類(lèi)迷宮螺旋密封代替迷宮密封是完全可行的。

　　迷宮密封是一類(lèi)在壓縮機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、汽輪機(jī)等動(dòng)力機(jī)械中廣泛應(yīng)用的非接觸密封方式。傳統(tǒng)迷宮密封在生產(chǎn)中對(duì)加工工藝的要求較高，生產(chǎn)過(guò)程較為繁瑣。在實(shí)際生產(chǎn)中企業(yè)一般將迷宮密封加工成螺旋齒，以減小加工難度。由于其外形與螺旋密封相似，稱(chēng)它類(lèi)迷宮螺旋密封。鑒于類(lèi)迷宮螺旋密封加工工藝的特殊性，其密封性能應(yīng)有別于傳統(tǒng)迷宮密封，有必要對(duì)其密封性能進(jìn)行研究，以探討類(lèi)迷宮螺旋密封代替迷宮密封的可行性。

　　以計(jì)算流體力學(xué)軟件FLUENT 為平臺(tái)，對(duì)類(lèi)迷宮螺旋密封的內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，深入探討螺旋升角對(duì)類(lèi)迷宮螺旋密封性能的影響，并比較類(lèi)迷宮螺旋密封與迷宮密封的密封原理和密封性能。

1、類(lèi)迷宮螺旋密封原理及密封性能

　　1.1、類(lèi)迷宮螺旋密封結(jié)構(gòu)

　　與迷宮密封結(jié)構(gòu)相比，類(lèi)迷宮螺旋密封有螺旋齒和螺旋槽，不可避免地在槽向上存在流體流動(dòng)。類(lèi)迷宮螺旋密封內(nèi)部流體按流動(dòng)方向分為兩部分，一部分垂直于槽向越過(guò)齒頂流動(dòng)，一部分沿螺旋槽方向在槽內(nèi)流動(dòng)。如圖1 所示，箭頭1 代表總的流體流動(dòng)，箭頭2 代表垂直于槽向越過(guò)齒頂?shù)牧鲃?dòng)，箭頭3 代表沿螺旋槽方向的流動(dòng)。

圖1 流體流量及速度分解簡(jiǎn)圖

　　1.2、槽向速度

　　數(shù)值模擬中發(fā)現(xiàn)，槽向流體并不完全獨(dú)立而僅沿槽向流動(dòng)，任何位置都存在一個(gè)速度的重新分解。為方便研究，利用微分思想，將密封空腔沿軸向劃分為無(wú)數(shù)微元，在每個(gè)微元空間里都可以認(rèn)為流體僅在槽內(nèi)流動(dòng)，那么在任何一個(gè)位置槽向流體速度與間隙速度都滿(mǎn)足關(guān)系式: v槽向= v間隙sinα，α 為螺旋升角。

　　1.3 、流體能量損失

　　按流體分解的思想可以把類(lèi)迷宮螺旋密封能量耗散分成類(lèi)迷宮密封能量耗散和槽向能量損失。

　　1.3.1、類(lèi)迷宮密封能量耗散機(jī)制

　　該部分流量越過(guò)齒頂進(jìn)入通過(guò)節(jié)流間隙流經(jīng)節(jié)流點(diǎn)進(jìn)入膨脹空腔，在該過(guò)程中氣體壓力能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，導(dǎo)致壓力迅速降低，在空腔內(nèi)氣流通過(guò)流動(dòng)的漩渦與空腔壁面阻滯等方式進(jìn)行能量耗散，壓力降低的剩余氣體通過(guò)節(jié)流點(diǎn)繼續(xù)進(jìn)入下一個(gè)膨脹空腔，循環(huán)上面的能量耗散過(guò)程，氣體壓力能得到進(jìn)一步降低。該過(guò)程與傳統(tǒng)迷宮密封的密封機(jī)制相同，故稱(chēng)之為類(lèi)迷宮密封能量耗散。

3、結(jié)論

　　(1) 采用CFD 方法對(duì)類(lèi)迷宮螺旋密封的密封空腔流體流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值分析，得出各種參數(shù)的云圖，較為真實(shí)地反映了流體湍流黏度及渦旋分布等情況。

　　(2) 從三維數(shù)值模擬可以看出，湍流黏度梯度的變化程度能直接反映流體動(dòng)能的變化; 氣體速度在通過(guò)節(jié)流點(diǎn)時(shí)達(dá)到最大，進(jìn)入下一個(gè)空腔，速度減小，壓力變大，形成促進(jìn)能量耗散的渦旋，從而達(dá)到密封效果。

　　(3) 三維模擬結(jié)果表明，雖然傳統(tǒng)迷宮密封的密封性能優(yōu)于類(lèi)迷宮螺旋密封，但密封效果相差在5%以?xún)?nèi)，考慮加工工藝、經(jīng)濟(jì)效益等因素，采用類(lèi)迷宮螺旋密封這種密封形式是可行的。