2.3.3 工況參數對螺旋槽轉子迷宮密封動力學特性的影響

深入研究螺旋迷宮密封動力學特性優化設計方法，改進螺旋槽轉子迷宮密封泄漏量及動力學特性求解方法，本節將著重研究不同工況參數及幾何參數，如壓差、轉速、半徑間隙、螺旋角等對動力學特性的影響。選用某模型泵中常用系列螺旋槽迷宮密封為計算模型，工作介質為20℃的水，其余工況及幾何參數均采用表2-2中所列基本參數。其中，預旋系數a定義為密封進口處周向速度與轉子自轉角速度的比值，見式（2-94）。則當無強制預旋時，預旋系數a=1。

圖2-11動特性系數隨壓差的變化 給出了作用于密封兩端壓差對螺旋槽轉子迷宮密封動力學特性系數（包括主剛度系數、交叉剛度系數、主阻尼系數、交叉阻尼系數）的影響。算例中，壓差由0.2MPa線性增大至1.4MPa。由圖中可以看出，主剛度系數及交叉剛度系數隨壓差的增大呈線性增大趨勢，主阻尼系數與交叉阻尼系數隨壓差的增大呈拋物線形狀。螺旋角對四個動特性系數均有明顯影響，同一工況下，動力學特性系數均隨螺旋角的增大而增大，且螺旋角較大的密封隨壓差的變化更加敏感。

圖2-12a～圖2-12d分別給出了轉速在500r/min到3500r/min范圍內，螺旋槽轉子迷宮密封主剛度系數、交叉剛度系數、主阻尼系數、交叉阻尼系數的值。由圖中可以看出，轉速對密封主剛度的影響最小，對交叉阻尼系數的影響最大。主剛度隨轉速的變化較小，交叉剛度隨轉速的增大呈線性增大趨勢，且變化率幾乎不隨螺旋角而變化。主阻尼系數與交叉阻尼系數隨轉速的增大而減小，且交叉阻尼系數的變化更加明顯。

圖2-13a～圖2-13d分別給出了螺旋槽轉子迷宮密封動特性系數從進口處無預旋到1倍預旋（即，進口預旋系數從1到2）工況下的變化趨勢。總之，預旋系數對密封各動特性系數的影響較小，尤其是主剛度及主阻尼系數。交叉剛度及交叉阻尼系數隨預旋系數的增大呈線性增大趨勢，且變化率幾乎不隨螺旋角而變化，此變化趨勢與光滑密封的變化趨勢一致^[160]，但預旋強度對光滑密封主剛度系數的影響更加明顯。