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直通型迷宫的特性
发布时间:2020-02-11        浏览次数:119        返回列表
由于在轴表面上加工沟槽或各种形状的齿要比在孔内加工容易,因此常把孔加工成光滑面,与带槽或带齿的轴组成迷宫,这就是直通型迷宫。因制作方便,所以直通型迷宫应用最广。但是,直通型迷宫存在着透气现象,其泄漏量大于理想迷宫的泄漏量。下面对直通型迷宫特性作进一步讨论。
直通型迷宫中的流动模拟
根据烟气的风洞试验,可以拍摄到直通型迷宫的流动照片,并可侧得膨胀室内的流速分布。以此为根据,并设定下列各条件,来模拟计算直通型迷宫中的流动和泄漏量。
1) 加设膨胀室内的流动是二元流动,其流动状态如图12-12所示。
2) 气流在缝口处产生收缩,其最小截面面积为εCc,Cc为收缩系数,流速为u1,压力为p1′。
3) 通过缝口的气流,以某个角度θ做扩散流动,直到下一个齿片一直保持角度不变,由于这一扩散流动的存在,膨胀室内的流速减小。当到达下一个缝口时,流速为u1′p1′。
4) 在膨胀室内的流速减小,压力增大,这便是压力的恢复过程。在此过程中有能量损失,所以实际恢复后的压力,比理想恢复后的压力要小,取其比值ηp,称为“压力恢复率”,即
5) 在膨胀室内形成旋涡,旋涡在旋转的同时,其能量的一部分转变成热,这种自然热又回到流体中。旋涡经过这一过程后继续正常地旋转,消逝的一部分能量(即1—ηp)是主流供给的,这与4项所述能量相对应。
6) 在上述过程中,压力变化非常小,所以气体的密度ρ可认为不变,即缝口处的流速相等,但压差大的气体不符合此规律。
以上是不考虑介质压缩性所进行的模拟。当压差极大,需考虑气体的压缩性(即密度变化)时,还必须加上下面的两条假定:
1) 把在膨胀室内的压力恢复和对缝口的渐进速度考虑进去,并假定通过缝口的流动过程是作绝热循环膨胀。
2) 温度不变。在作了这一系列假设之后,就可以对单齿、多齿、考虑密度变化和不考虑密度变化的进行计算,计算过程是复杂的,在这里只引用其结果。
图12-13中的曲线为迷宫系数ψ的计算值(α=0.7).并画上用试验方法对ε/S=0.1,p0=0.4MPa时得到试验点(用·及×点),可以看出,计算结果与试验结果的很接近的。
迷宫特性的影响因素
主要的影响因素包括:
1)齿的影响。根据国外所进行的试验得出;齿距一定时,齿数越多,泄漏量越少。齿距改变时,齿距越大,泄漏量会急骤下降,同时还可以减少透气现象的影响。
齿在不同的安放角下流动状态是不同的。当间隙相同时,齿尖前倾时介质流束收缩最大,即密封性越好。前倾角在40°~50°范围内密封效果最佳,泄漏量要比直立齿减少12%左右。
3) 膨胀室的影响。国外对膨胀室深度的影响进行过试验研究,结论是浅的膨胀室对减少泄漏量有利(图12-19)。深度在超过5~10mm的范围以后,迷宫相关数ΦV几乎成为常数。就是说,深迷宫并不能提高迷宫的密封性。
根据对膨胀室流动状态的观察,认为浅膨胀室中的旋涡是不稳定的。由于旋涡能很快的把能量耗尽,所以膨胀室内的渐进速度减小,起到减少泄漏的效果。