Influence of Structure Deformation on Leakage Characteristics in Labyrinth Seal inside the Cryogenic Internal-cooling Spindle

摘要: 迷宫密封是保证旋转机械中定子与转子之间密封性能的关键结构。超低温冷却加工机床液氮内喷式主轴采用迷宫密封对超低温介质进行密封,密封件承受非常大的温度载荷和应力载荷,会产生结构变形并影响密封性能。为研究超低温冷却加工机床液氮内喷式主轴内迷宫密封件在超低温环境下的结构变形对密封性能的影响规律,基于流体力学、传热学、弹性力学理论,采用多物理场耦合数值分析方法,对迷宫密封的温度场、变形规律、泄漏特性等进行了深入分析,得到了超低温介质密封结构的温度场分布和变形后的密封间隙并创建了考虑结构变形的泄漏量模型。研究结果表明:密封超低温介质时,在低温载荷的影响下迷宫密封件发生受冷收缩变形导致迷宫密封间隙明显增加,-188.56℃低温下泄漏量增加了2倍,密封结构的密封性能变差。对多种工况下迷宫密封结构变形后的泄漏量进行对比分析,相对误差均在6%以下,证明了所建立的泄漏量模型的有效性。