Влияние сотовой структуры на утечку через ступенчатое сотовое уплотнение

В случае прямоточного лабиринтового  уплотнения основной поток располагается  в непосредственном контакте с сотовой  структурой на статоре на всей длине  уплотнения. Непосредственный контакт  и, как следствие, взаимодействие основного  потока с сотовой структурой значительно  снижен для ступенчатого лабиринтного уплотнения по причине сильного отклонения основного потока в области уступов  на статоре. Поэтому в случае прямоточного лабиринтового уплотнения эффекты шероховатости окажут наибольшее влияние на сокращение утечки.

Чтобы полностью описать  влияние сотовой структуры на характер потока, необходимо рассматривать сочетание геометрических эффектов и шероховатости. Геометрические эффекты могут быть вызваны сотовой структурой, также как и конструкцией ступенчатого или прямоточного лабиринтового уплотнения. В первом случае изменяется эффективный уплотнительный зазор, в втором – на поток оказывает влияние конструкция уплотнения.

В настоящем исследовании была разработана методика расчета  действительной величины зазора в зависимости от конструкции уплотнения и геометрии сотовой структуры. Возможный подход к рассмотрению эффектов шероховатости может быть основан на коэффициентах трения, представленных авторами [18,19].

Для полного понимания  влияния сотовой структуры на поток через лабиринтовые уплотнения необходимо проведение дальнейших исследований, включающих более широкий спектр геометрических параметров.

Заключение

В работе были представлены результаты экспериментов и численного моделирования. Результаты численного расчета дают понятие о структуре  потока в лабиринтовом уплотнении и  хорошо согласуются по скорости с  результатами опытов. Для конфигурации с гладким статором структура потока имела четкую зависимость от величины зазора. Эта зависимость хорошо отражена через коэффициенты расхода, которые постоянно увеличиваются при уменьшении величины зазора. Влияние общего коэффициента давления на качественную структуру потока является незначительным, в то время как коэффициенты расхода линейно увеличиваются при повышении коэффициента давления. Наблюдалось значительное влияние сотовой структуры на поле потока и на величину расхода. Сотовая структура обеспечивала повышенную величину действительного зазора, что приводило к увеличению массового расхода утечки.

По сравнению с гладкой  конфигурацией зависимость структуры  потока от величины зазора значительно  снижена. Численные результаты дают подробную информацию о характере потока между уплотнительным гребнем и сотовой структурой. Результаты численного моделирования и экспериментальные данные демонстрируют развитие трехмерного поля скоростей вследствие пространственной геометрии сотовой структуры.

Влияние сотовой структуры  на величину расхода, описанное в  настоящем исследовании, хорошо согласуется с результатами, полученными Стокером [14]. Наблюдаемая тенденция повышенной утечки для сотовых уплотнений при небольших значениях величины зазора была качественно описана в ходе простых геометрических преобразований. Это указывает на то, что в настоящем исследовании изменения геометрии в области зазора, вызванные сотовой структурой, оказывают определяющее влияние на величину расхода лабиринтного уплотнения.