2.3 螺旋槽動環迷宮密封間隙激勵力及其等效動力學特性

進入21世紀以來，用戶對離心泵的水力性能及運行穩定性提出了更高的要求，這也使得設計及研究人員在離心泵口環密封、級間密封及平衡鼓密封的密封形式選擇上，不再局限于光滑環形密封、傳統迷宮密封，而是逐漸探索并應用特殊齒形的新型密封。螺旋槽迷宮密封由于其反泵送效應，在泄漏量的控制方面取得了顯著成效，被廣泛應用于單級揚程較高、特殊介質的特種泵型中。工程中，針對此類特殊齒形的新型密封間隙非定常流體激勵力及其等效動力學特性的求解仍然以修正摩擦因子下的整體流動理論（Bulk Flow Theory）結合攝動法進行求解，這一方法在泄漏流研究及傳統迷宮密封、阻尼密封的動力學研究中也有較多應用。但是，這一分析方法應用布拉修斯（Blasius）模型描述切應力與局部運動狀態的關系，避開了密封的結構細節，尤其是內壁面與外壁面設有的槽、孔等結構，僅用等效的摩擦因數計算流體與定子內壁面與轉子外壁面間的切應力，分析需要大量基于實驗的經驗系數，并未得到廣泛的工程應用。與之相比，Iwatsubo于同期提出的針對矩形槽、螺旋槽及雙螺旋槽轉子迷宮密封動力學計算的兩控制體分析方法，充分考慮了密封幾何結構細節，間隙流域得到合理劃分，每部分進行單獨分析，分析方法科學。值得注意的是，這一分析方法對每個單獨控制體分析時，均忽略了周向速度沿軸向的變化，流體微元控制方程僅包括軸向動量方程及連續性方程，缺少了周向動量方程，降低了此方法的計算精度，尤其是針對螺旋槽、雙螺旋槽等結構的轉子迷宮密封。因此本節在螺旋槽迷宮密封的靜特性與動特性求解中，建立考慮周向動量方程、周向速度攝動量及其隨z坐標變化的齒頂間隙流域與槽內流域的控制方程組并提出了對應的求解方法。