基于多孔介質(zhì)模型，采用計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent 對常規(guī)、低滯后矩形及翼型3 種刷式密封泄漏流動(dòng)特性進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)果表明：相比于常規(guī)刷式密封，矩形刷式密封遲滯性并沒有得到改善，翼型刷式密封在降低遲滯性的同時(shí)泄漏量卻大大增加。為改進(jìn)低滯后刷式密封的性能，提出背板軸向間隙的概念，并研究背板軸向間隙對低滯后刷式密封泄漏流動(dòng)特性的影響，結(jié)果表明: 在前后壓比一定的條件下，泄漏量與軸向間隙成正比，而泄漏增加量與軸向間隙成反比，且均在軸向間隙較小時(shí)變化較明顯; 相較于矩形刷式密封，軸向間隙密封隨著軸向間隙的增大，背板處壓力值除在保護(hù)高度區(qū)域內(nèi)略有提高外，在其他區(qū)域均明顯下降，且軸向間隙由0 增大到0.1 mm 時(shí)的壓力下降效果最明顯。密封是透平機(jī)械通流部分中減少工質(zhì)泄漏的專用部件，刷式密封作為傳統(tǒng)迷宮式密封替代者的一種，因?yàn)槠湫孤┝恐挥袀鹘y(tǒng)迷宮式密封的10% ～20%，具有優(yōu)良的轉(zhuǎn)子動(dòng)力特性，在電站汽輪機(jī)動(dòng)密封系統(tǒng)中逐步得到應(yīng)用。

　　隨著刷式密封技術(shù)的應(yīng)用與推廣，研究人員發(fā)現(xiàn)，常規(guī)刷式密封在軸偏移或升速時(shí)，在氣體壓力的作用下，刷絲與背板間的摩擦力會(huì)使刷環(huán)刷絲不能即時(shí)跟隨，出現(xiàn)刷絲剛化效應(yīng); 在刷絲被跑道徑向推移后，當(dāng)軸脫離偏移或減速時(shí)，由于刷絲與背板間的摩擦力，刷絲發(fā)生懸掛，出現(xiàn)刷絲滯后效應(yīng)。剛化效應(yīng)會(huì)加速刷絲和跑道的磨損，降低密封的密封性能，縮短使用壽命; 滯后效應(yīng)會(huì)加大刷式密封的工質(zhì)泄漏量。為保持刷式密封的優(yōu)異密封性能，延長刷式密封的使用壽命，消除和降低刷絲剛化效應(yīng)和滯后效應(yīng)，研究人員設(shè)計(jì)出了一種低滯后刷式密封。

　　國內(nèi)外專家學(xué)者對刷式密封的研究從未間斷。以傳統(tǒng)的Darcian 多孔介質(zhì)模型為基礎(chǔ)，Chew 等提出了考慮黏性阻力和慣性阻力的改進(jìn)Darcian 多孔介質(zhì)模型，并成功用于研究刷式密封的泄漏流動(dòng)特性。Dogo 等采用改進(jìn)的Darcian 多孔介質(zhì)模型對單排刷式密封進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，得到了2 種間隙條件下的泄漏流量與密封間隙內(nèi)流體流動(dòng)特性，其計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)也取得了良好的吻合。李軍等人對常規(guī)刷式密封泄漏流動(dòng)特性進(jìn)行數(shù)值研究，計(jì)算分析了壓比和徑向間隙對密封泄漏量和流動(dòng)形態(tài)的影響。胡丹梅等通過建立常規(guī)刷式汽封數(shù)值計(jì)算模型，分析了刷毛直徑等參數(shù)對常規(guī)刷式汽封性能的影響，并對常規(guī)刷式汽封進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。黃陽子和李軍對低滯后翼型刷式密封泄漏特性進(jìn)行數(shù)值模擬，指出該種密封在降低遲滯性的同時(shí)也增大了泄漏量的缺點(diǎn)。遲佳棟和王之棟采用多孔介質(zhì)模型模擬分析了前板結(jié)構(gòu)對低滯后矩形刷式密封泄漏流動(dòng)特性的影響。

　　中外學(xué)者對于常規(guī)刷式密封及低滯后刷式密封進(jìn)行了大量而深入的分析研究，但是對于常見的低滯后矩形與翼型刷式密封的橫向比較研究及低滯后刷式密封的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面的報(bào)道卻較少。本文作者應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent，對常規(guī)、低滯后矩形及翼型3種刷式密封泄漏流動(dòng)特性進(jìn)行數(shù)值模擬，獲得了壓力分布及泄漏量數(shù)據(jù)，在對比分析后提出了背板軸向間隙這一概念，并在此基礎(chǔ)上研究了背板軸向間隙對低滯后刷式密封泄漏流動(dòng)特性的影響。

　　3、結(jié)論

　　(1) 與常規(guī)刷式密封相比，矩形刷式密封在保持泄漏量基本不變的同時(shí)刷絲遲滯性狀況并沒有得到改善，在遠(yuǎn)離根部區(qū)域壓力甚至略有提高; 翼型刷式密封在降低刷絲遲滯性方面效果明顯，在2.5 倍前后壓比的條件下，密封上半段背板處壓力值僅有常規(guī)刷式密封的12%左右，但泄漏量也呈幾何倍數(shù)增長，達(dá)到了常規(guī)刷式密封泄漏量的4.01 倍。

　　(2) 在前后壓比一定的條件下，泄漏量與軸向間隙成正比關(guān)系，泄漏增加量與軸向間隙成反比關(guān)系，且在軸向間隙較小時(shí)，隨著軸向間隙的增大，泄漏量的增加與泄漏增加量的減小最為顯著。另外，壓比增大也會(huì)導(dǎo)致泄漏量的增加，且這種影響會(huì)隨著軸向間隙的增大而增大。

　　(3) 在保護(hù)高度以上區(qū)域范圍內(nèi)，背板處壓力值及壓力值降幅均隨著軸向間隙的增大而減小，軸向間隙由0 增大到0.1 mm 時(shí)壓力下降的效果最明顯。在工程實(shí)際應(yīng)用中，可以通過改變軸向間隙的方法，在泄漏量允許范圍內(nèi)最大程度降低遲滯性的影響，軸向間隙為0.1 mm 的低滯后刷式密封對矩形及翼型刷式密封性能進(jìn)行折中與整合，在密封性及遲滯性兩方面都獲得了相對良好的表現(xiàn)。