基于CFD正交试验的螺旋槽干气密封性能仿真研究_吴波.pdf

2014年第42卷第1期流体机械11

文章编号:1005－0329(2014)01－0011－06

基于CFD正交试验的螺旋槽干气密封性能
仿真研究

吴波，陈志，李建明，蒋琳，刘廷超
(四川大学，四川成都610065)

摘要:基于CFD数值仿真结合单因素试验和正交试验，研究螺旋角、槽深、槽数、槽宽比和槽长坝长比对螺旋槽干气
密封性能的影响。单因素试验揭示开启力和泄漏量随各参数的变化规律，并为正交试验因素水平合理选择提供依据。
由正交试验得到分别以开启力、气膜刚度和刚漏比为目标函数的最优端面结构。由极差分析得到各结构参数对密封性
能影响的主次顺序，槽长坝长比是影响开启力和泄漏量的最主要因素，而气膜刚度和刚漏比主要由槽深和螺旋角决定。
关键词:CFD;干气密封;正交试验;极差分析;密封性能
中图分类号:TH136文献标识码:Adoi:10．3969/j．issn．1005－0329．2014．01．003

NumericalSimulationＲesearchontheSealingPerformanceofSpiralGrooveDryGas
SealbyOrthogonalExperimentsBasedonCFDMethod

WUBo，CHENZhi，LIJian-ming，JIANGLin，LIUTing-chao
(SichuanUnivErsity，ChEngdu610065，China)

Abstract:ThEEffEctofspiralanglE，groovEdEpth，groovEnumbEr，groovEwidthratioandgroovElEngthratioonthEsEaling
pErformancEofaspiralgroovEdrygassEalwasstudiEdbysinglEfactorExpErimEntsfollowEdbyorthogonalExpErimEntsbasEdon
CFDnumEricalsimulationmEthod．ThErEsultsfromsinglEfactorExpErimEntsrEvEalthEvariationlawofopEningforcEandlEakagE
withEachstructurEparamEtErandprovidErEasonablEguidEforthEchoicEoffactorlEvElinorthogonalExpErimEnts．ThEoptimal
structurEparamEtErswithopEningforcE，gasfilmstiffnEssandthEratioofstiffnEsstolEakagEasobjEctivEfunctionwErErEspEc-
tivElyobtainEdbyorthogonalExpErimEnts．ThEEffEctofmainfactorsofthEEndfacEstructurEparamEtEronsEalingpErformancE
wasgotbyrangEanalysis．GroovElEngthratioisthEmostimportantparamEtErforopEningforcEandlEakagE，andgasfilmstiff-
nEssandthEratioofstiffnEsstolEakagEarEmainlydEtErminEdbygroovEdEpthandspiralanglE．
Keywords:CFD;drygassEal;orthogonalExpErimEnt;rangEanalysis;sEalingpErformancE

1前言能影响的现行研究方法主要是单因素实验法，即
一次只改变一种结构参数，其他参数保持不变。
干气密封指依靠几微米气体薄膜润滑的机械单因素实验能很好地反映特定工况下干气密封性
密封，实现“以气封气”，其突出优点有:密封端面能随单个端面结构参数的变化规律。文献［14～
非接触、磨损小、寿命长、可靠性高［1，2］。干气密18］利用单因素试验分析了单个端面结构参数对
封已被用于压缩机、泵、反应釜等大中型旋转机械干气密封性能的影响规律。单因素试验方法最大
的轴端密封［3］。局限就是，要综合考查各端面结构参数对干气密
研究发现，动环端面结构是影响干气密封性封性能的影响，需进行大规模试验，成本过高。但
能的主要因素［4～13］。螺旋槽干气密封端面结构是，螺旋槽干气密封性能是由端面结构参数综合
参数主要包括:螺旋角α、槽深H、槽数N、槽宽比决定。因此，有必要设计正交试验综合考察端面
ω和槽长坝长比γ。端面结构参数对干气密封性结构参数对密封性能的影响。

收稿日期:2013－01－21修稿日期:20