設(shè)計(jì)一種由2 個(gè)螺旋槽組合構(gòu)成新型螺旋型槽干氣密封結(jié)構(gòu)，該組合螺旋型槽由沿外圈開設(shè)的大螺旋槽以及沿大螺旋槽根部開設(shè)的小螺旋槽組合而成。運(yùn)用流體仿真軟件Fluent 對(duì)組合螺旋型槽干氣密封的密封性能進(jìn)行數(shù)值模擬，并與螺旋型槽干氣密封進(jìn)行比較。通過正交試驗(yàn)法對(duì)組合螺旋型槽干氣密封的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析，獲得了以開啟力、泄漏量、扭矩為目標(biāo)函數(shù)的組合螺旋型最優(yōu)端面結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，組合螺旋型槽干氣密封在同等結(jié)構(gòu)參數(shù)下的密封性能優(yōu)于螺旋型槽干氣密封，且壓力、槽臺(tái)寬比和槽深越大，組合螺旋型槽在減少泄漏量方面的優(yōu)勢(shì)更加明顯； 對(duì)于組合螺旋型槽干氣密封，泄漏量、開啟力、扭矩最優(yōu)對(duì)應(yīng)的端面結(jié)構(gòu)參數(shù)組合不同，在干氣密封設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)需要，選擇合適的端面結(jié)構(gòu)參數(shù)組合。

　　干氣密封是20 世紀(jì)60 年代末期在氣體潤(rùn)滑軸承的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型非接觸式密封。相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械密封，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.jnannai.com/)認(rèn)為這類密封具有運(yùn)行無磨損、功耗小、泄漏量小，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，無需復(fù)雜的封油系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。

　　螺旋槽干氣密封是所有研究的單一型槽干氣密封中流體動(dòng)壓和氣膜剛度最強(qiáng)、密封性能最穩(wěn)定的型槽。為了獲得更小的泄漏量，本文作者設(shè)計(jì)了一種基于螺旋槽的組合型槽結(jié)構(gòu)，并通過應(yīng)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD) 方法對(duì)其密封性能進(jìn)行了研究。

1、組合螺旋型槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及原理

　　設(shè)計(jì)的新型型槽結(jié)構(gòu)由2 個(gè)螺旋槽組合構(gòu)成，結(jié)構(gòu)如圖1 所示。組合螺旋型槽是由沿外圈開設(shè)的大螺旋槽以及沿大螺旋槽根部開設(shè)的小螺旋槽組合而成。小螺旋槽的一邊線貼著大螺旋槽，另一邊相對(duì)于大螺旋槽做了一段縮進(jìn)，2 個(gè)螺旋槽的深度可取不同值。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理為: 當(dāng)動(dòng)環(huán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，在淺槽的泵送作用下，密封氣體周向吸入大螺旋槽內(nèi)，沿徑向方向流動(dòng)，而后流入小螺旋槽內(nèi)，由于小螺旋槽的槽窄，氣體被壓縮，這樣不僅可以形成開啟力，使得密封端面有穩(wěn)定的氣膜，同時(shí)由于槽面積減小，泄漏量也會(huì)減小。

圖1 組合螺旋型槽端面結(jié)構(gòu)

2、組合型槽性能的CFD分析

　　2.1、基本假設(shè)

　　基于流體力學(xué)基本理論，同時(shí)考慮密封環(huán)和密封系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)，對(duì)密封端面間的氣膜穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)分析

　　時(shí)，進(jìn)行了如下假設(shè)：

　　( 1) 密封端面間氣體的流動(dòng)屬于連續(xù)介質(zhì)流動(dòng)；

　　(2) 密封氣膜中的氣體作層流運(yùn)動(dòng)，屬于牛頓流體；

　　(3) 密封在非接觸狀態(tài)下工作，流場(chǎng)內(nèi)溫度、黏度相等；

　　(4) 膜厚方向氣體的壓力和密度保持常值；

　　(5) 氣體分子與密封表面牢固吸附，無相對(duì)滑移；

　　(6) 密封為剛性端面；

　　(7) 密封的對(duì)中性好，忽略在工作過程中系統(tǒng)擾動(dòng)和振動(dòng)對(duì)氣膜流場(chǎng)的影響；

　　(8) 忽略密封端面粗糙度對(duì)氣體流動(dòng)的影響。

3、結(jié)論

　　(1) 組合螺旋型槽干氣密封在同等結(jié)構(gòu)參數(shù)下的泄漏量特性優(yōu)于螺旋型槽干氣密封，而且壓力、槽臺(tái)寬比和槽深越大，組合螺旋型槽在泄漏量方面的優(yōu)勢(shì)更加明顯。

　　(2) 對(duì)于組合螺旋型槽干氣密封，泄漏量、開啟力、扭矩最優(yōu)對(duì)應(yīng)的端面結(jié)構(gòu)參數(shù)組合不同。因此，干氣密封設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)需要，選擇合適的端面結(jié)構(gòu)參數(shù)組合。