在直通型迷宫密封的基础上对静子边界进行改进,设计矩形凹槽、前置矩形凸起、后置矩形凸起3种矩形结构迷宫密封结构,采用CFD三维分析的方法,研究各迷宫密封在不同压比、转速下的泄漏特性,并分析流场内部轴向压降、速度场、湍动能耗散率及流线等情况,探讨密封的流动机制。研究结果表明:压比对迷宫密封封严性能的影响很大,随着压比的增加,迷宫密封的泄漏量逐渐增大,而转速对迷宫密封封严性能的影响很小;矩形凸起结构具有更低的泄漏量,且其泄漏量随压比的变化更不敏感,能在更宽域的压比范围内稳定的工作,其中前置矩形凸起型结构具有最优的密封效果。在静子上设置矩形结构能破坏气体流动的边界,强化湍流效果,增加湍动能耗散,从而有效降低泄漏量。

利用流体动力学计算软件Fluent,应用RNG k-ε模型和SIMPLE算法,研究了迷宫密封内部的三维流场。对比分析了有圆形凹槽和无凹槽两种结构迷宫密封内部的流场情况,并对齿尖的左侧、右侧、双侧进行切角改变齿形结构,研究其泄漏特性。研究结果表明:有圆形凹槽结构的迷宫密封的泄漏量小于不含凹槽结构的泄漏量;对齿尖进行右侧75°切角时能使气体能量快速耗散,有利于减小迷宫密封的泄漏量。