周文杰等：口环密封对多级离心泵湿转子横-轴双向耦合动特性的影响 ·1547. (a) 7 C=0.3 mm b)0 24F C =0.3 mm 343Hz 16 10 66.7Hz -0.2 -0.4 1107z1663Hz 7 24 C=0.4 mm 0 C=0.4 mm 10 4 0.2 6 3 17 目-0.4 8 24 C=0.5 mm 0 C=0.5 mm 16 -0.2 人 17 17 -0.4 0 24 C=0.6m =0.6m 0 -0.2 16 0.4 00.51.01.52.02.53.0 500100015002000 00.51.0152.0253.0 500100015002000 频率/Hz 领率Hz 图10不同密封间隙横向(a)和轴向(b)瞬态响应图及频谱图 Fig.10 Response and spectrum in lateral (a)and axial (b)directions for different clearances 振幅/μm 400 密封口环 2000 350 2500 12 3000 10 3500 250 λ口 出口 4000 △P=PP 4500 6 200 减少 5000 1S0 5500 最大振幅区 6000 100 0.300.350.400.450.500.550.60 ◆增加 C/mm 图11横向稳态振幅随密封间隙与转速的变化 00.050.100.15 2.53.03.54.00.30.4050.6 Fig.11 Lateral steady amplitude for different sealing clearances and L/m △P/MPa C/mm rotating speeds 图12不同密封参数下密封流体力 振动的作用关系，图12计算了相同涡动偏心情况 Fig.12 Sealing fluid-induced force for different sealing parameters 下，不同口环密封几何参数下的密封流体力.可以 看出，密封流体力与密封长度和压差呈正比，和密封 于抑制转子系统的横向稳态振动，但是不利于转子 间隙成反比，此外，密封长度的变化导致密封流体力 的轴向稳态振动.在密封长度为0.14m,密封压差 呈现“先快后慢”的非线性变化趋势，在长度从0.02 为4.0MPa以及密封间隙为0.3mm时，转子耦合系 增长到0.06m时，增长较快，而从0.06m继续增长 统的横向振动幅值最小，系统横向振动最为稳定 至0.10m及0.14m时则明显减弱.与之完全不同 (3)转子系统的横向稳态振动收敛速度快于轴 向稳态振动的收敛速度，横向振动仅含有与转频一 的是密封压差和间隙的变化导致的密封流体力变化 则是近似线性变化规律.以上结果说明密封流体力 致的成分66.7Hz,而轴向振动则包含与前两阶轴向 固频一致的频率成分343和1107Hz以及稳态运动 对密封长度更加敏感，这与前面计算的横向瞬态响 应图中的瞬态特性也是一致的. 的动态频率1663Hz. (4)口环密封的流体激振力与密封长度呈现非 4结论 线性变化关系，而与密封压差和间隙呈现线性变化 关系，密封流体激振力与转子系统横向瞬态振动的 (1)口环密封对转子系统的洛马金效应随着密 变化规律具有对应关系. 封长度增大和间隙的减小愈发明显，主要体现在横 向振动中，而对于轴向振动，口环密封的影响可 参考文献 忽略 [1]Zhai LL.Numerical Simulation and Experimental Study on the (2)口环密封压差的改变（操作压力变化）会显 Dynamie Characteristics of Herringbone-grooved Annular Seals in 著影响转子的横向和轴向振动特性，增大压差有利 Centrifugal Pumps Dissertation ]Hangzhou:Zhejiang Universi-周文杰等: 口环密封对多级离心泵湿转子横鄄鄄轴双向耦合动特性的影响 图 10 不同密封间隙横向(a)和轴向(b)瞬态响应图及频谱图 Fig. 10 Response and spectrum in lateral (a) and axial (b) directions for different clearances 图 11 横向稳态振幅随密封间隙与转速的变化 Fig. 11 Lateral steady amplitude for different sealing clearances and rotating speeds 振动的作用关系,图 12 计算了相同涡动偏心情况 下,不同口环密封几何参数下的密封流体力. 可以 看出,密封流体力与密封长度和压差呈正比,和密封 间隙成反比,此外,密封长度的变化导致密封流体力 呈现“先快后慢冶的非线性变化趋势,在长度从 0郾 02 增长到 0郾 06 m 时,增长较快,而从 0郾 06 m 继续增长 至 0郾 10 m 及 0郾 14 m 时则明显减弱. 与之完全不同 的是密封压差和间隙的变化导致的密封流体力变化 则是近似线性变化规律. 以上结果说明密封流体力 对密封长度更加敏感,这与前面计算的横向瞬态响 应图中的瞬态特性也是一致的. 4 结论 (1)口环密封对转子系统的洛马金效应随着密 封长度增大和间隙的减小愈发明显,主要体现在横 向振动中,而对于轴向振动,口环密封的影响可 忽略. (2)口环密封压差的改变(操作压力变化)会显 著影响转子的横向和轴向振动特性,增大压差有利 图 12 不同密封参数下密封流体力 Fig. 12 Sealing fluid鄄induced force for different sealing parameters 于抑制转子系统的横向稳态振动,但是不利于转子 的轴向稳态振动. 在密封长度为 0郾 14 m,密封压差 为 4郾 0 MPa 以及密封间隙为 0郾 3 mm 时,转子耦合系 统的横向振动幅值最小,系统横向振动最为稳定. (3)转子系统的横向稳态振动收敛速度快于轴 向稳态振动的收敛速度,横向振动仅含有与转频一 致的成分 66郾 7 Hz,而轴向振动则包含与前两阶轴向 固频一致的频率成分 343 和 1107 Hz 以及稳态运动 的动态频率 1663 Hz. (4)口环密封的流体激振力与密封长度呈现非 线性变化关系,而与密封压差和间隙呈现线性变化 关系,密封流体激振力与转子系统横向瞬态振动的 变化规律具有对应关系. 参 考 文 献 [1] Zhai L L. Numerical Simulation and Experimental Study on the Dynamic Characteristics of Herringbone鄄grooved Annular Seals in Centrifugal Pumps [Dissertation]. Hangzhou: Zhejiang Universi鄄 ·1547·