往復式壓縮機迷宮密封加工過程中，為簡化加工工藝，將傳統(tǒng)迷宮密封加工成類迷宮螺旋密封。為比較類迷宮螺旋密封與迷宮密封的密封性能差異，分析類迷宮螺旋密封的密封機制，將類迷宮螺旋密封的能量耗散分成類迷宮密封能量耗散和槽向能量損失，采用CFD 方法對類迷宮螺旋密封的密封性能進行數(shù)值模擬。結(jié)果表明，類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%以內(nèi)，綜合考慮加工工藝、經(jīng)濟效益等因素，采用類迷宮螺旋密封代替迷宮密封是完全可行的。

　　迷宮密封是一類在壓縮機、燃氣輪機、汽輪機等動力機械中廣泛應(yīng)用的非接觸密封方式。傳統(tǒng)迷宮密封在生產(chǎn)中對加工工藝的要求較高，生產(chǎn)過程較為繁瑣。在實際生產(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，稱它類迷宮螺旋密封。鑒于類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，有必要對其密封性能進行研究，以探討類迷宮螺旋密封代替迷宮密封的可行性。

　　以計算流體力學軟件FLUENT 為平臺，對類迷宮螺旋密封的內(nèi)部流場進行數(shù)值模擬，深入探討螺旋升角對類迷宮螺旋密封性能的影響，并比較類迷宮螺旋密封與迷宮密封的密封原理和密封性能。

1、類迷宮螺旋密封原理及密封性能

　　1.1、類迷宮螺旋密封結(jié)構(gòu)

　　與迷宮密封結(jié)構(gòu)相比，類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。類迷宮螺旋密封內(nèi)部流體按流動方向分為兩部分，一部分垂直于槽向越過齒頂流動，一部分沿螺旋槽方向在槽內(nèi)流動。如圖1 所示，箭頭1 代表總的流體流動，箭頭2 代表垂直于槽向越過齒頂?shù)牧鲃�，箭頭3 代表沿螺旋槽方向的流動。

圖1 流體流量及速度分解簡圖

　　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立而僅沿槽向流動，任何位置都存在一個速度的重新分解。為方便研究，利用微分思想，將密封空腔沿軸向劃分為無數(shù)微元，在每個微元空間里都可以認為流體僅在槽內(nèi)流動，那么在任何一個位置槽向流體速度與間隙速度都滿足關(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迷宮螺旋密封能量耗散分成類迷宮密封能量耗散和槽向能量損失。

　　1.3.1、類迷宮密封能量耗散機制

　　該部分流量越過齒頂進入通過節(jié)流間隙流經(jīng)節(jié)流點進入膨脹空腔，在該過程中氣體壓力能轉(zhuǎn)化為動能，導致壓力迅速降低，在空腔內(nèi)氣流通過流動的漩渦與空腔壁面阻滯等方式進行能量耗散，壓力降低的剩余氣體通過節(jié)流點繼續(xù)進入下一個膨脹空腔，循環(huán)上面的能量耗散過程，氣體壓力能得到進一步降低。該過程與傳統(tǒng)迷宮密封的密封機制相同，故稱之為類迷宮密封能量耗散。

3、結(jié)論

　　(1) 采用CFD 方法對類迷宮螺旋密封的密封空腔流體流場進行數(shù)值分析，得出各種參數(shù)的云圖，較為真實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能的變化; 氣體速度在通過節(jié)流點時達到最大，進入下一個空腔，速度減小，壓力變大，形成促進能量耗散的渦旋，從而達到密封效果。

　　(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)于類迷宮螺旋密封，但密封效果相差在5%以內(nèi)，考慮加工工藝、經(jīng)濟效益等因素，采用類迷宮螺旋密封這種密封形式是可行的。