迷宮密封磨損失效泄漏特性和防碰磨結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究*

馬亞如 霍文浩 劉 婧 蔣立君 方 志 李志剛

（1.重慶通用工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司；2.西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院）

1 概述

迷宮密封由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于離心壓縮機(jī)、汽輪機(jī)、透平膨脹機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械[1]。通常當(dāng)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，迷宮密封在其設(shè)計(jì)間隙下具有良好的封嚴(yán)性能。但當(dāng)機(jī)組處于較大軸振的非穩(wěn)定狀態(tài)，如開(kāi)機(jī)、停機(jī)、熱重啟等階段，迷宮密封靜子件容易與轉(zhuǎn)子件發(fā)生碰磨導(dǎo)致密封間隙增加，引起密封性能退化[2]。圖1給出了兩種常見(jiàn)的實(shí)際迷宮密封齒碰磨結(jié)構(gòu)。

目前，關(guān)于密封磨損的研究主要集中在泄漏和傳熱特性方面。Xu[3-4]等率先研究迷宮齒彎曲后的曲率、彎曲長(zhǎng)度、密封間隙對(duì)密封泄漏量的影響，指出了彎曲后迷宮齒徑向間隙增加是密封泄漏量增加的主要原因。Dogu[5-7]等從蘑菇型半徑和密封間隙兩方面研究了迷宮密封蘑菇型磨損后的泄漏特性，并針對(duì)密封靜子面凹槽寬度、深度及凹槽與密封齒的相對(duì)位置進(jìn)行了研究。Rhode[8]等指出密封靜子面磨損形成凹槽后，密封泄漏量增加的原因是有效節(jié)流間隙增加和迷宮齒附近流場(chǎng)發(fā)生改變。陳堯興[9]等指出迷宮齒彎曲磨損時(shí)密封的泄漏量由徑向間隙與彎曲曲率共同決定，迷宮齒彎曲曲率增加會(huì)削弱密封進(jìn)口的壓縮效應(yīng)，增加密封歸一化縮流面積。Yan[10]等對(duì)迷宮齒彎曲磨損后密封的傳熱特性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)彎曲角度對(duì)轉(zhuǎn)子面的換熱基本沒(méi)有影響，靜子面的換熱性能顯著增強(qiáng)。曹麗華[11]等對(duì)凹槽迷宮密封的研究結(jié)果表明凹槽迷宮密封的凹槽結(jié)構(gòu)可以充分耗散氣體的動(dòng)能，有效阻滯氣體流動(dòng)，減小氣體泄漏量。鐘涵[12]通過(guò)在密封齒對(duì)側(cè)開(kāi)凹槽來(lái)破壞轉(zhuǎn)子壁面的連續(xù)性從而降低密封泄漏，并分析對(duì)比了矩形凹槽、半圓凹槽結(jié)構(gòu)對(duì)封嚴(yán)性的改進(jìn)效果。

圖1 常見(jiàn)迷宮密封齒碰磨情況Fig.1 Common indication of labyrinth seal teeth rubbing

本文針對(duì)某單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)的軸端迷宮密封磨損失效問(wèn)題，建立了迷宮密封齒彎曲磨損失效模型，提出了“齒頂凹槽”迷宮密封防碰磨結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法?；谏逃肅FD軟件ANSYS CFX軟件，采用定常求解三維RANS方程的數(shù)值方法，研究了密封齒彎曲磨損和“齒頂凹槽”防碰磨結(jié)構(gòu)對(duì)該鼓風(fēng)機(jī)軸端迷宮密封泄漏特性的影響規(guī)律，獲得了迷宮密封碰磨失效的判斷依據(jù)和“齒頂凹槽”防碰磨結(jié)構(gòu)的優(yōu)化參數(shù)。

2 密封齒彎曲磨損模型

圖2給出了某單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)軸端迷宮密封結(jié)構(gòu)示意圖。該迷宮密封靜子件材料為鑄鋁，加工有11個(gè)梯形密封齒，轉(zhuǎn)子材料為合金鋼，加工有2個(gè)梯形密封齒，密封間隙為0.3mm。鼓風(fēng)機(jī)啟停機(jī)過(guò)程中較大的軸振使密封轉(zhuǎn)子和靜子件發(fā)生碰磨，密封靜子件密封齒發(fā)生如圖1（b）所示的彎曲磨損。依據(jù)該鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行周期內(nèi)實(shí)際密封齒磨損發(fā)展情況，提出了圖3所示的密封齒彎曲磨損模型。如圖3所示，紅色實(shí)線表示迷宮密封設(shè)計(jì)齒型，黑色實(shí)線表示發(fā)生彎曲磨損后的磨損齒形。

圖2 某單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)軸端迷宮密封結(jié)構(gòu)Fig.2 Shaft labyrinth seal structure of a single stage high speed centrifugal blower

圖3 密封齒彎曲磨損模型Fig.3 The model of seal tooth bending damage

本文定義無(wú)量綱彎曲磨損系數(shù)B來(lái)衡量密封齒磨損程度，彎曲磨損系數(shù)B定義為:

其中，s′和s分別為密封齒磨損前后的齒頂間隙，Lt為迷宮齒設(shè)計(jì)高度。B表征了密封齒發(fā)生彎曲磨損使密封間隙增大量與齒高的比值。依據(jù)實(shí)際密封齒磨損圖樣，本文建立的密封齒彎曲磨損模型作出了兩點(diǎn)合理假設(shè)：1）發(fā)生碰磨時(shí)，密封齒向上游直角邊彎曲，彎曲角度為90°；2）彎曲磨損前后，密封齒截面面積不變（質(zhì)量守恒）。為研究密封齒彎曲磨損對(duì)迷宮密封泄漏特性的影響規(guī)律，本文選取了4種彎曲磨損系數(shù)B=0，0.1，0.2，0.3（工程實(shí)際中，該迷宮密封齒最大磨損量為B=0.25）。

3 齒頂凹槽防碰磨結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

某高速離心鼓風(fēng)機(jī)組運(yùn)行中存在軸端迷宮密封轉(zhuǎn)子、靜子動(dòng)靜碰磨，造成密封靜子件磨損失效、封嚴(yán)性能?chē)?yán)重惡化，已成為實(shí)際機(jī)組運(yùn)行性能下降的主要原因。為有效解決機(jī)組運(yùn)行中密封碰磨失效問(wèn)題，本文提出了如圖4所示的迷宮密封“齒頂凹槽”防碰磨結(jié)構(gòu)。

如圖4所示，該防碰磨結(jié)構(gòu)為在密封齒頂位置對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子上或軸套上加工凹槽，凹槽的位置和尺寸設(shè)計(jì)允許機(jī)組運(yùn)行中轉(zhuǎn)子可能發(fā)生的軸向和徑向振動(dòng)，而避免密封齒和轉(zhuǎn)子發(fā)生碰磨。因此，可有效防止機(jī)組在啟停機(jī)或者失穩(wěn)運(yùn)行中軸端密封的磨損失效。圖中L為凹槽的軸向?qū)挾?，H為凹槽的徑向深度，s為齒頂間隙。為研究“齒頂凹槽”防碰磨結(jié)構(gòu)對(duì)迷宮密封泄漏特性的影響規(guī)律，以及獲得最佳的齒頂凹槽結(jié)構(gòu)尺寸，本文選取了4種凹槽徑向深度H/s=0.5，1.0，1.5，2.0和5種凹槽軸向?qū)挾萀/s=2.2，2.5，3.0，3.5，4.0。齒頂凹槽結(jié)構(gòu)的深度和寬度最大值選取能夠保證機(jī)組運(yùn)行中發(fā)生最大徑向和軸向振動(dòng)時(shí)，防止密封動(dòng)靜碰磨。

圖4 迷宮密封齒頂凹槽防碰磨結(jié)構(gòu)Fig.4 Labyrinth seal with anti-rubbing grooves

4 計(jì)算模型和數(shù)值方法

圖5和圖6分別給出了迷宮密封原始設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、密封齒彎曲磨損結(jié)構(gòu)和“齒頂凹槽”防碰磨結(jié)構(gòu)的三維計(jì)算模型和計(jì)算網(wǎng)格。計(jì)算中考慮到迷宮密封結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)周期性，取3度的周向弧段作為密封的流體計(jì)算域，弧段周向兩個(gè)側(cè)面采用旋轉(zhuǎn)周期性邊界。采用軟件ICEM CFD生成迷宮密封的多塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，在密封腔室內(nèi)生成了O型網(wǎng)格，近壁面區(qū)域采用加密的網(wǎng)格，在密封間隙處布置了25～35個(gè)節(jié)點(diǎn)?；谝孕孤┝繛榭己酥笜?biāo)的網(wǎng)格無(wú)關(guān)性的考核結(jié)果，原始設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、密封齒彎曲磨損結(jié)構(gòu)和“齒頂凹槽”防碰磨結(jié)構(gòu)的迷宮密封分別采用61萬(wàn)、75萬(wàn)和68萬(wàn)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)滿(mǎn)足網(wǎng)格無(wú)關(guān)性要求。

圖5 迷宮密封三維計(jì)算模型和邊界條件Fig.5 The three-dimensional model and boundary conditions of labyrinth seal

圖6 迷宮密封三維計(jì)算網(wǎng)格Fig.6 The structured grid of labyrinth seal

表1給出了本文數(shù)值計(jì)算采用的邊界條件和求解方法。采用商用軟件ANSYS CFX，進(jìn)口給定總壓、總溫，出口給定平均靜壓。湍流模型為SST兩方程模型，對(duì)流項(xiàng)采用高精度離散格式，固體壁面均設(shè)為光滑絕熱邊界，近壁面采用改進(jìn)壁面函數(shù)法來(lái)處理。計(jì)算分析中，密封進(jìn)出口壓力、溫度和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速邊界條件根據(jù)鼓風(fēng)機(jī)性能實(shí)驗(yàn)和整機(jī)全三維CFD性能分析得到的密封當(dāng)?shù)貕毫?、溫度和速度值，保證了計(jì)算邊界的準(zhǔn)確性。

表1 數(shù)值方法和邊界條件Tab.1 Numerical method and boundary conditions

為考核數(shù)值方法的有效性和計(jì)算精度，采用文獻(xiàn)[12]中的具有4個(gè)密封齒的直通型迷宮密封實(shí)驗(yàn)件(如圖7所示)為研究對(duì)象，計(jì)算了出口壓力為101kPa，溫度為37oC，轉(zhuǎn)速0 r/min時(shí)，9種進(jìn)口壓力（2.07～6.89kPa）下的泄漏量，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較。如圖8所示，當(dāng)密封出口壓力不變而進(jìn)口壓力逐漸減小，泄漏量隨壓比增加顯著下降，且本文采用的數(shù)值方法能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)迷宮密封的泄漏特性，計(jì)算誤差小于5%。

圖7 Texas A&M迷宮密封實(shí)驗(yàn)件[12]Fig.7 The test model of Texas A&M

圖8 迷宮密封實(shí)驗(yàn)件泄漏量隨壓比變化曲線（壓比=出口壓力/進(jìn)口壓力）Fig.8 The leakage curve of labyrinth seal test piece with pressure ratio

5 結(jié)果與分析

5.1 密封齒彎曲磨損的影響

離心鼓風(fēng)機(jī)啟停機(jī)過(guò)程中較大的軸振將引發(fā)密封轉(zhuǎn)子和靜子件發(fā)生碰磨，造成密封齒彎曲變形、密封間隙顯著增大，導(dǎo)致軸端迷宮密封磨損失效。為有效評(píng)估密封齒磨損對(duì)迷宮密封封嚴(yán)性能的影響，本文選取4種彎曲磨損系數(shù)B=0，0.1，0.2，0.3（工程實(shí)際中，該迷宮密封齒最大磨損量為B=0.25），研究不同密封齒磨損程度對(duì)泄漏特性的影響規(guī)律，以期獲得迷宮密封碰磨失效的判斷依據(jù)，為離心鼓風(fēng)機(jī)軸端迷宮密封壽命預(yù)測(cè)和密封件更換提供依據(jù)。

圖9給出了不同密封齒彎曲磨損系數(shù)下，迷宮密封泄漏量隨進(jìn)口壓力的變化曲線。鼓風(fēng)機(jī)變工況時(shí)，迷宮密封泄漏量隨進(jìn)口壓力（鼓風(fēng)機(jī)負(fù)荷）的增大而線性增大；密封齒磨損程度越大（B越大），密封泄漏量隨進(jìn)口壓力增大趨勢(shì)越明顯。相同運(yùn)行工況下，密封泄漏量隨密封齒彎曲磨損程度的增大而顯著增大；相比于迷宮密封設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)（B=0），密封齒磨損程度為彎曲磨損系數(shù)B=0.1，0.2，0.3時(shí)，密封泄漏量分別增大了120%，200%，280%?？梢?jiàn)，當(dāng)密封齒磨損量達(dá)到B≥1.0時(shí)，密封泄漏量達(dá)到了設(shè)計(jì)值的2倍；根據(jù)離心鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行性能要求，此時(shí)軸端迷宮密封無(wú)法滿(mǎn)足機(jī)組運(yùn)行對(duì)軸端封嚴(yán)的要求，即發(fā)生了密封磨損失效。

圖9 不同彎曲磨損系數(shù)下，密封泄漏量隨進(jìn)口壓力變化曲線Fig.9 The leakage curve with inlet pressure under different bending wear coefficient

圖10給出了不同密封齒彎曲磨損系數(shù)下，密封腔和齒頂間隙內(nèi)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)。密封齒彎曲磨損導(dǎo)致迷宮密封齒頂間隙顯著增大，密封腔體積顯著減小，結(jié)構(gòu)形狀變化明顯；相比于迷宮密封設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)（B=0），密封齒彎曲磨損使密封腔內(nèi)渦系結(jié)構(gòu)變化顯著，增強(qiáng)了密封腔內(nèi)旋渦耗散作用，但密封間隙的增大使密封泄漏面積增大和間隙透氣效應(yīng)（動(dòng)能輸運(yùn)系數(shù)）增強(qiáng)，導(dǎo)致密封泄漏量顯著增大。

圖10 不同彎曲磨損系數(shù)下，密封腔和齒頂間隙內(nèi)的流場(chǎng)Fig.10 The flow field in seal cavity and top gap under different bending wear coefficient

5.2 齒頂凹槽防碰磨結(jié)構(gòu)的影響

轉(zhuǎn)子或軸套上的“齒頂凹槽”結(jié)構(gòu)能夠有效防止轉(zhuǎn)子軸向和徑向振動(dòng)誘發(fā)密封動(dòng)靜碰磨，避免密封磨損失效。本文選取4種凹槽徑向深度H/s=0.5，1.0，1.5，2.0和5種凹槽軸向?qū)挾萀/s=2.2，2.5，3.0，3.5，4.0，研究齒頂凹槽防碰磨結(jié)構(gòu)對(duì)迷宮密封泄漏特性的影響規(guī)律，以期獲得最佳的齒頂凹槽結(jié)構(gòu)尺寸，為迷宮密封齒頂凹槽防碰磨結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

圖11給出了設(shè)計(jì)工況下（Pin,total=242kPa，Tin,total=120oC），齒頂凹槽軸向?qū)挾萀/s=2.5時(shí)，迷宮密封泄漏量隨凹槽徑向深度的變化曲線。迷宮密封齒頂凹槽結(jié)構(gòu)可使密封泄漏量進(jìn)一步減小，其中泄漏量隨凹槽徑向深度的增大而減小，并在H/s≥1.5時(shí)趨于恒定最小值。在齒頂凹槽徑向深度H/s=1.5時(shí)，相比于無(wú)凹槽結(jié)構(gòu)密封，泄漏量降低了約10%；同時(shí)，H/s=1.5的凹槽徑向深度能夠在鼓風(fēng)機(jī)啟停機(jī)過(guò)程中最大軸振（工程實(shí)際中，該離心鼓風(fēng)機(jī)啟停機(jī)過(guò)程中最大軸振為2.5s）下，保證密封不發(fā)生碰磨。

圖11 迷宮密封泄漏量隨凹槽深度的變化曲線（L/s=2.5）Fig.11 The leakage curve of labyrinth seal with groove depth(L/s=2.5)

圖12給出了設(shè)計(jì)工況下齒頂凹槽軸向深度H/s=1.5時(shí)，迷宮密封泄漏量隨凹槽寬度的變化曲線。隨著凹槽寬度的增加，迷宮密封的泄漏量先減小再增加后又減小；在凹槽寬度L/s=2.5時(shí)，密封的泄漏量相較于無(wú)凹槽結(jié)構(gòu)降低最多為8.6%；在2.0≤L/s≤3.0范圍內(nèi)，密封泄漏量隨凹槽寬度的變化很?。ǎ?.5%）。在防止轉(zhuǎn)子徑向振動(dòng)造成密封齒碰磨的同時(shí)，齒頂凹槽的尺寸選擇需滿(mǎn)足防止轉(zhuǎn)子軸向竄動(dòng)誘發(fā)密封齒碰磨的設(shè)計(jì)要求。因此，綜合考慮L/s=3.0為本文最優(yōu)的凹槽寬度，能夠在轉(zhuǎn)子發(fā)生軸向竄動(dòng)幅值為2.4s時(shí)，保證密封不發(fā)生碰磨。

圖12 迷宮密封泄漏量隨凹槽寬度的變化曲線（H/s=1.5）Fig.12 The leakage curve of labyrinth seal with groove width（H/s=1.5）

圖11和圖12表明：齒頂凹槽防碰磨結(jié)構(gòu)不僅能適應(yīng)轉(zhuǎn)子的徑向振動(dòng)和軸向竄動(dòng)，在一定程度上避免迷宮密封磨損失效，還可以減小密封泄漏量，提高密封的封嚴(yán)性能。

圖13 不同凹槽徑向深度下，密封腔和齒頂間隙內(nèi)的流場(chǎng)（L/s=2.5）Fig.13 The streamline distribution in seal cavity and top gap under different groove depths （L/s=2.5）

圖14 不同凹槽軸向?qū)挾认?，密封腔和齒頂間隙內(nèi)的流場(chǎng)（H/s=1.5）Fig.14 The streamline distribution in seal cavity and top gap under different groove widths（H/s=1.5）

為了研究齒頂凹槽結(jié)構(gòu)影響密封泄漏特性的內(nèi)在機(jī)理，圖13和圖14分別給出了不同凹槽徑向深度和軸向?qū)挾认?，密封腔和齒頂間隙內(nèi)的流場(chǎng)分布。與圖10（a）中無(wú)齒頂凹槽結(jié)構(gòu)的密封流場(chǎng)分布相比，在轉(zhuǎn)子面上開(kāi)設(shè)凹槽使得轉(zhuǎn)子壁面不連續(xù)，凹槽中出現(xiàn)的旋渦結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了間隙處的耗散作用；同時(shí)氣流流動(dòng)方向在齒頂尖隙處偏轉(zhuǎn)且軸向速度減小，增強(qiáng)了間隙處的收縮效應(yīng)，導(dǎo)致有效通流面積減小；齒頂間隙處的流線偏轉(zhuǎn)，減小了相鄰密封間隙的動(dòng)能輸運(yùn)，進(jìn)而削弱了密封齒間隙透氣效應(yīng)。這是齒頂凹槽結(jié)構(gòu)減小密封泄漏量的主要原因。隨著凹槽深度的增加，凹槽中的旋渦發(fā)展更加充分，從而增加了流體動(dòng)能的耗散，因此密封的泄漏量逐漸減小。而繼續(xù)增加凹槽深度時(shí)由于密封的節(jié)流間隙顯著增加，間隙通流能力的增加抵消掉了凹槽中旋渦耗散的動(dòng)能，導(dǎo)致泄漏量變化不明顯。隨著凹槽寬度系數(shù)的增加，凹槽內(nèi)、齒頂、凹槽后的旋渦、擾流逐漸發(fā)展，流體動(dòng)能耗散增強(qiáng)，但有效通流面積（間隙收縮效應(yīng)）先增大后減小，故密封泄漏量隨凹槽寬度的增大而波動(dòng)。

綜合考慮工程實(shí)際的防碰磨及防泄漏需求，以及加工工藝條件，本文最終選取L/s=3，H/s=1.5為齒頂凹槽最佳設(shè)計(jì)尺寸，此凹槽結(jié)構(gòu)能夠保證轉(zhuǎn)子發(fā)生軸向0.72mm（2.4s）竄動(dòng)、徑向發(fā)生0.75mm（2.5s）振動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子與密封齒不發(fā)生碰磨。本文對(duì)加工有此凹槽結(jié)構(gòu)的迷宮密封進(jìn)行變工況性能分析，并與無(wú)凹槽結(jié)構(gòu)的迷宮密封泄漏特性對(duì)比。圖15給出了有齒頂凹槽結(jié)構(gòu)和無(wú)齒頂凹槽結(jié)構(gòu)的迷宮密封泄漏量隨進(jìn)口壓力的變化曲線。各運(yùn)行工況下，齒頂凹槽結(jié)構(gòu)均能密封泄漏量減小約10%。因此，在鼓風(fēng)機(jī)正常啟停機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生徑向振動(dòng)和軸向竄動(dòng)時(shí)，本文設(shè)計(jì)的齒頂凹槽防碰磨結(jié)構(gòu)對(duì)迷宮密封齒和轉(zhuǎn)子具有較好的防碰磨功能，而且能夠有效增強(qiáng)軸端迷宮密封變工況下的封嚴(yán)性能，保證離心鼓風(fēng)機(jī)安全高效運(yùn)行。

圖15 變工況條件下，齒頂凹槽防碰磨結(jié)構(gòu)對(duì)迷宮密封泄漏特性的影響Fig.15 The influence of anti-rubbing groove structure of labyrinth seal top on its leakage characteristics under different working conditions

6 結(jié)論

本文對(duì)某單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)實(shí)際軸端迷宮密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行了泄漏特性、密封齒磨損失效和防碰磨結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究。針對(duì)實(shí)際機(jī)組運(yùn)行時(shí)發(fā)生的迷宮密封磨損失效問(wèn)題，建立了迷宮密封齒彎曲磨損失效模型，提出了“齒頂凹槽”迷宮密封防碰磨結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。數(shù)值研究了密封齒彎曲磨損和“齒頂凹槽”防碰磨結(jié)構(gòu)對(duì)迷宮密封泄漏特性的影響規(guī)律。得到以下結(jié)論：

1）鼓風(fēng)機(jī)變工況時(shí)，迷宮密封泄漏量隨進(jìn)口壓力的增大而線性增大；相同運(yùn)行工況下，密封泄漏量隨密封齒彎曲磨損程度的增大而顯著增大；當(dāng)密封齒磨損量達(dá)到B≥1.0時(shí)，密封泄漏量達(dá)到了設(shè)計(jì)值的2倍；根據(jù)離心鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行性能要求，此時(shí)軸端迷宮密封無(wú)法滿(mǎn)足機(jī)組運(yùn)行對(duì)軸端封嚴(yán)的要求，即發(fā)生了密封磨損失效。

2）齒頂凹槽防碰磨結(jié)構(gòu)不僅能適應(yīng)轉(zhuǎn)子的徑向振動(dòng)和軸向竄動(dòng)，在一定程度上避免迷宮密封磨損失效，還可以減小密封泄漏量（約10%），提高密封的封嚴(yán)性能。

3）迷宮密封泄漏量隨凹槽徑向深度的增大而減小，并在H/s≥1.5時(shí)趨于恒定最小值；隨著凹槽軸向?qū)挾鹊脑黾?，迷宮密封的泄漏量先減小再增加后又減小，在2.0≤L/s≤3.0范圍內(nèi)，密封泄漏量隨凹槽寬度的變化很小（＜0.5%）。

4）綜合考慮工程實(shí)際的防碰磨和防泄漏需求，以及加工工藝條件，本文迷宮密封齒頂凹槽最佳設(shè)計(jì)尺寸為L(zhǎng)/s=3，H/s=1.5，此凹槽結(jié)構(gòu)能夠保證轉(zhuǎn)子發(fā)生軸向0.72mm（2.4s）竄動(dòng)、徑向發(fā)生0.75mm（2.5s）振動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子與密封齒不發(fā)生碰磨；各運(yùn)行工況下，該齒頂凹槽結(jié)構(gòu)均能使密封泄漏量減小約10%。