張偉政 張作麗 趙鵬博 洪海民 姜 娥

(蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院 甘肅蘭州 730050)

干氣密封 (Dry Gas Seal) 源于氣體潤(rùn)滑軸承，是一種非接觸密封，在石油化工、航空等領(lǐng)域運(yùn)用廣泛。其目的是減少摩擦，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，防止密封介質(zhì)(危險(xiǎn)氣體)泄漏，因此干氣密封的泄漏成為研究重點(diǎn)。動(dòng)環(huán)上槽型的變化對(duì)密封性能影響顯著，因此槽型的研究對(duì)干氣密封有重要意義。

ZIRKELBACK[1]確定了經(jīng)典螺旋槽的最優(yōu)幾何參數(shù)，使得其泄漏率低、氣膜剛度與阻尼系數(shù)大。RUAN[2-3]考慮滑移流對(duì)經(jīng)典螺旋槽密封性能的影響，研究了氣體密封在瞬態(tài)工況下的動(dòng)密封特性。彭旭東等[4]、LIU等[5]針對(duì)不同的工況條件，對(duì)普通螺旋槽的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。針對(duì)極端的工況環(huán)境造成的螺旋槽密封泄漏量大及密封端面失穩(wěn)、密封性能差等問題，近年來研究人員提出了各種衍生槽。江錦波等[6]研究了干氣密封螺旋槽衍生結(jié)構(gòu)演變規(guī)律與工況適用性，指出通過基體螺旋槽與附加密封堰的組合設(shè)計(jì)可顯著提高螺旋槽的氣膜剛度。左松奇等[7]提出了一種新型組合槽端面結(jié)構(gòu)，并運(yùn)用有限差分法對(duì)其密封性能進(jìn)行數(shù)值分析，得出了新型組合槽相對(duì)于傳統(tǒng)槽整體具有更大的開啟力、剛度、剛漏比以及更小的泄漏量。宗聰?shù)热薣8]基于疊加組合思想提出一種似疊羅漢槽端面密封結(jié)構(gòu),對(duì)比分析了不同結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)選疊加組合槽干氣密封與普通螺旋槽干氣密封的密封性能參數(shù)，得出了低壓高速條件下，似疊羅漢槽干氣密封密封性能較好。上述學(xué)者的研究表明，組合槽在某一特定工況下密封性能具有優(yōu)勢(shì)，說明組合槽在密封方面有著重要的研究意義。SHAHIN[9]對(duì)比研究了等深螺旋槽和不同錐度螺旋槽干氣密封的密封性能；WANG 等[10]、DU和ZHANG[11]對(duì)幾種不等深階梯槽在不同溫度、壓力、轉(zhuǎn)速下的密封性能進(jìn)行對(duì)比研究；商浩等人[12]運(yùn)用有限差分法求解并獲得了3種典型螺旋槽 DGS 的穩(wěn)、瞬態(tài)密封性能參數(shù)。上述學(xué)者基于槽型對(duì)比的方法，研究了各個(gè)槽型密封性能特性，但未對(duì)高轉(zhuǎn)速工況下不同槽型密封性能差異進(jìn)行具體研究。

研究表明，階梯收斂性槽[10]和雙槽[13]均有減少泄漏量的作用。收斂性槽為梯狀流體膜厚度自外徑向內(nèi)徑越來越薄，即其開槽方向由外向內(nèi)開槽且槽深減小。本文作者基于槽型的疊加組合思想，采用收斂性槽的開槽方向和雙槽的開槽方式建立了一種新型的雙槽階梯槽，提出一種雙槽階梯槽端面密封結(jié)構(gòu)。采用CFD的方法，對(duì)比分析不同壓力、轉(zhuǎn)速下單螺旋槽、雙槽階梯槽、階梯槽3種槽型的密封性能，得出了優(yōu)化的結(jié)構(gòu)參數(shù)和工況參數(shù)。這對(duì)不同工況下不同槽型的選用有一定的參考價(jià)值。

1 端面密封的流場(chǎng)仿真

1.1 幾何模型

文中以雙槽階梯槽模型為研究對(duì)象，該模型由單螺旋槽、雙槽螺旋槽、階梯槽3種槽型疊加組合而成，因此雙槽螺旋槽槽型擁有單螺旋槽、階梯槽槽型的結(jié)構(gòu)。單螺旋槽、階梯槽的結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)與雙槽階梯槽均保持一致，具體的結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)如表1所示。4種槽型的截面示意圖如圖1所示。圖2為3種槽型疊加組合的雙槽螺旋槽的動(dòng)環(huán)端面二維結(jié)構(gòu)示意圖。圖3所示為氣膜三維模型。由于氣膜的各流域特性相同，為提高計(jì)算效率，選取該模型氣膜流體域的1/12進(jìn)行研究。其模型的控制方程為

圖1 槽型截面示意

圖2 動(dòng)環(huán)端面二維結(jié)構(gòu)示意

圖3 氣膜三維模型

表1 雙槽階梯槽結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)

r=rgeθtanα

(1)

1.2 計(jì)算域網(wǎng)格劃分

首先在Solidworks中通過對(duì)數(shù)螺旋線方程進(jìn)行1/12氣膜的平面幾何模型的建立，經(jīng)過軸向方向上的毫米級(jí)的拉伸，完成氣膜三維幾何模型的建立。經(jīng)過保存為X-T 格式后導(dǎo)入ICEM中，經(jīng)拓?fù)錂z查無誤后，調(diào)整模型識(shí)別的最小范圍內(nèi)的公差；然后進(jìn)行Create Part及創(chuàng)建block，建立映射關(guān)系，點(diǎn)線關(guān)聯(lián)之后進(jìn)行周期邊界的設(shè)定；最后定義網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)。節(jié)點(diǎn)數(shù)[14]設(shè)置為6時(shí)，開啟力、泄漏量的相對(duì)變化率微小，均趨于穩(wěn)定。因此此處氣膜厚度方向的節(jié)點(diǎn)數(shù)按照6-12-5的方式設(shè)置，生成六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。選擇 Fluent 求解器輸出網(wǎng)格，生成msh文件。網(wǎng)格劃分如圖4所示。

圖4 網(wǎng)格劃分

1.3 網(wǎng)格的無關(guān)性驗(yàn)證

針對(duì)流場(chǎng)計(jì)算域的氣膜模型設(shè)置不同的網(wǎng)格數(shù)，并對(duì)不同網(wǎng)格數(shù)的雙槽階梯槽的氣膜模型分別進(jìn)行CFD模擬仿真，計(jì)算出氣膜模型的開啟力、泄漏量的數(shù)值。通過分析數(shù)值的變化程度來進(jìn)行網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證，驗(yàn)證曲線如圖5所示。

從圖5中可以看出，當(dāng)網(wǎng)格數(shù)量從129 957個(gè)增加到147 651個(gè)時(shí)，開啟力增長(zhǎng)率為0.042%，泄漏量的增長(zhǎng)率為0.23%，增長(zhǎng)率都非常微小。而網(wǎng)格數(shù)量從147 651個(gè)增加到173 552個(gè)，開啟力增長(zhǎng)率為0.003%，泄漏量的增長(zhǎng)率為0.04%，增長(zhǎng)率幾乎為0，考慮到計(jì)算效率，文中網(wǎng)格均采用147 651個(gè)。

圖5 網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證

1.4 流場(chǎng)的基本假設(shè)

DGS流場(chǎng)的計(jì)算非常復(fù)雜，為了更方便地計(jì)算，根據(jù)基本流場(chǎng)計(jì)算理論，結(jié)合DGS工況特性及操作參數(shù)做出如下假定：

(1)密封端面剛性良好且光滑，忽略加工粗糙度的影響。

(2)流體為牛頓流體，黏性剪切力占主導(dǎo)。

(3)流體流動(dòng)為層流流動(dòng)，且流動(dòng)過程中與固體壁面無相對(duì)滑移。

(4)運(yùn)行過程中不考慮軸向振動(dòng)對(duì)氣膜的影響。

(5)忽略溫度的影響，固體材料特性保持不變。

1.5 控制方程及性能參數(shù)

1.5.1 控制方程

由于流場(chǎng)用的密封介質(zhì)是理想氣體，所以用到的流體控制方程有連續(xù)性方程、能量方程、動(dòng)量方程，分別如下所示。

(2)

(3)

(4)

1.5.2 性能參數(shù)

針對(duì)3種槽型的流體域，使用CFD流場(chǎng)仿真的方法對(duì)其進(jìn)行密封性能參數(shù)的計(jì)算。流場(chǎng)中用到的穩(wěn)態(tài)性能參數(shù)主要有開啟力、泄漏量、壓差、剛漏比。

(5)

(6)

Δp=pmax-pi

(7)

(8)

式中：F為開啟力，N；p為氣膜作用于靜環(huán)密封端面某點(diǎn)處壓力，Pa；Ri和Ro分別為端面外徑和內(nèi)徑，mm；Q為泄漏量，表示氣膜流體流出密封系統(tǒng)的量，kg/s；K為氣膜剛度，表示為開啟力與氣膜厚度的比值，N/μm；h為氣膜厚度，μm；pmax為整個(gè)流域的最大壓力，Pa；Γ為剛漏比，表征為綜合密封性能，為氣膜剛度與泄漏量的比值,N·s/(kg·μm)。

1.6 邊界條件以及求解方法設(shè)置

把ICEM保存的msh文件導(dǎo)入Fluent中，檢查網(wǎng)格確保網(wǎng)格最小體積為正值，設(shè)置邊界條件。流體域外徑處為壓力進(jìn)口pi，內(nèi)徑處為壓力出口po，Wall1為靜止面，Wall2為旋轉(zhuǎn)面。A1、A2、B1、B2分別為周期邊界，且滿足壓力的周期性邊界條件為：p(θ+2π/Ng)=p(θ)。密封介質(zhì)為理想氣體，進(jìn)口溫度為303.15 K，并設(shè)置三大控制方程的計(jì)算精度。連續(xù)方程和動(dòng)量方程迭代精度設(shè)為10-5，能量方程迭代精度設(shè)為10-6，采用 SIMPLEC 算法，空間梯度運(yùn)用最小二乘法，用二階精度迎風(fēng)格式計(jì)算壓力插值。開啟監(jiān)視器，進(jìn)行計(jì)算。具體的邊界條件及周期設(shè)置如圖6所示。

圖6 周期邊界設(shè)置

1.7 正確性驗(yàn)證

文中驗(yàn)證模型采用的結(jié)構(gòu)參數(shù)和工況參數(shù)與文獻(xiàn)[15-16]一致，采用氣膜膜厚為2.03 μm的一組數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。圖7所示是沿半徑方向上各方法計(jì)算的壓力分布對(duì)比。可以看出文中模型的計(jì)算結(jié)果處于WANG等[15]和GABRIEL[16]的計(jì)算結(jié)果之間，且與文獻(xiàn)[15]的計(jì)算數(shù)據(jù)高度吻合，因此文中的算法是正確的。

圖7 不同方法計(jì)算的氣膜壓力沿半徑分布

2 結(jié)果與討論

幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)和工況參數(shù)極大地影響雙槽階梯槽的密封性能，因此文中重點(diǎn)研究結(jié)構(gòu)參數(shù)中槽深、螺旋角和工況參數(shù)中壓力、轉(zhuǎn)速對(duì)密封性能的影響。

2.1 3種槽型的膜壓分布分析

通過對(duì)比單螺旋槽膜壓pA、雙槽階梯槽膜壓pB、階梯槽膜壓pC沿徑向分布的大小，分析階梯槽和雙槽對(duì)膜壓分布的影響。如圖8所示，當(dāng)R>Rg1(Rg1=84 mm)時(shí)，為上游槽區(qū)，3種槽型的平均膜壓pB>pC>pA。究其原因，對(duì)于雙槽階梯槽，當(dāng)氣體從外徑向內(nèi)徑流動(dòng)時(shí)，因槽區(qū)存在階梯氣體被擠壓壓力升高，產(chǎn)生動(dòng)壓效應(yīng)，此時(shí)槽區(qū)壓力高于密封間隙壓力，高壓氣軸向流向低壓氣，使上游槽區(qū)的平均膜壓升高。其原理同樣可解釋階梯槽。因雙槽階梯槽的雙槽特性，存在阻流的壩，使氣體二次擠壓，因此其平均膜壓最大。

圖8 3種槽型的平均膜壓沿徑向分布

當(dāng)RpC>pB。下游槽區(qū)無凹槽存在，但仍受二次流的影響。二次流的軸向流垂直穿過主流的徑向流，因二次流與主流的混流能量耗散大，使雙槽階梯槽、階梯槽的平均膜壓低于單螺旋槽。因雙槽階梯槽存在二次能量耗散，其平均膜壓最低。

當(dāng)R01pC，pA>pC，而pA與pB的大小分階段。究其原因，階梯槽因二次流能量耗散使膜壓相對(duì)低于單螺旋槽，而雙槽階梯槽有雙槽壩帶來的動(dòng)壓效應(yīng)的影響，即其膜壓高于階梯槽。當(dāng)Rg1pA。當(dāng)R01

圖9給出了3種槽型的膜壓等高線，可更清楚地看出壓力分布的差異。在工況條件相同的情況下，雙槽階梯槽的中壓區(qū)在上游槽區(qū)分布廣泛，向外徑延伸的范圍最大，而單螺旋槽的高壓區(qū)集中分布在槽根處，高壓區(qū)域占比最大。雙槽階梯槽在中游槽根區(qū)和下游槽根區(qū)出現(xiàn)雙高壓區(qū)，而階梯槽僅在下游槽根區(qū)出現(xiàn)高壓區(qū)，說明階梯槽的增壓效果小于雙槽階梯槽所產(chǎn)生的動(dòng)壓效應(yīng)。

圖9 hg=7 μm時(shí)三槽的氣膜壓力云圖

2.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)密封性能的影響

彭旭東等[4]的研究表明，單螺旋槽在槽深5～10 μm、螺旋角10°～25°時(shí)有良好的密封性能。因此文中選取槽深為6～14 μm，螺旋角15°～19°，分別研究了槽深和螺旋角對(duì)3種槽型密封性能的影響規(guī)律。

2.2.1 槽深的影響

選取槽深為6～14 μm，進(jìn)口溫度為303.15 K，進(jìn)口壓力pi=1 MPa，轉(zhuǎn)速為15 000 r/min，研究了槽深對(duì)開啟力、泄漏量、壓差、剛漏比的影響。

如圖10所示，槽深在4～11 μm范圍內(nèi)，三槽的開啟力、壓差、泄漏量均隨著槽深的增加而增加，剛漏比隨著槽深的增加而降低；且隨著槽深的增大，單螺旋槽與雙槽階梯槽、階梯槽的4種密封性能參數(shù)的差值減小，雙槽階梯槽與階梯槽的密封性能參數(shù)差值增大。

單螺旋槽的飽和槽深為11 μm，槽深過深會(huì)導(dǎo)致其承載力減弱，不利于密封穩(wěn)定性。槽深在11～14 μm范圍內(nèi)，階梯槽的開啟力、泄漏量和壓差高于單螺旋槽。這有兩方面原因：一是槽深過深，上游階梯深度占比小，二次流效應(yīng)微弱，幾乎無能量耗散；二是階梯槽存在減小了槽區(qū)面積，等效槽深降低，削弱了階梯效應(yīng)飽和度。因此階梯槽的泄漏量、開啟力和壓差與單螺旋槽相比反而較大。但雙槽的影響較大，能量耗散多，因此雙槽階梯槽的泄漏量、開啟力和壓差一直最小。

由圖10(a)、(b)可以看出，與單螺旋槽、階梯槽相比，雙槽階梯槽的剛漏比一直最大，泄漏量一直最小。在槽深為6 μm時(shí)，雙槽階梯槽的減漏效果最好，綜合密封性能最好。在槽深6～14 μm范圍內(nèi)，雙槽階梯槽與單螺旋槽、階梯槽相比，泄漏量最多分別降低了20.3%、9.25%，剛漏比最大分別提升了15.7%、6.7%。

圖10 3種槽型的槽深對(duì)密封性能的影響

通過進(jìn)一步比較可知：因雙槽階梯槽是雙槽和階梯槽疊加組合槽，具有雙槽和階梯槽的特性，因此由于疊加效應(yīng)，雙槽階梯槽在降低泄漏量和提高綜合密封性能上要優(yōu)于階梯槽，而階梯槽要優(yōu)于單螺旋槽。

2.2.2 螺旋角的影響

如圖11所示是不同壓力、轉(zhuǎn)速下，雙槽階梯槽泄漏量和剛漏比隨著螺旋角的變化曲線。結(jié)果表明，所研究的螺旋角范圍內(nèi)，泄漏量、剛漏比受壓力和轉(zhuǎn)速影響較大，但泄漏量、剛漏比曲線的總趨勢(shì)不變。壓力、轉(zhuǎn)速增加，泄漏量、剛漏比曲線波動(dòng)的趨勢(shì)越明顯。雖曲線有上下波動(dòng)，但總體上隨著壓力、轉(zhuǎn)速增加，泄漏量曲線呈上升趨勢(shì)，剛漏比曲線呈下降趨勢(shì)。

圖11 不同壓力、轉(zhuǎn)速下泄漏量、剛漏比隨螺旋角的變化

雙槽階梯槽螺旋角為18°時(shí)，泄漏量最低，綜合密封性能最好。究其原因：槽區(qū)與非槽區(qū)存在的楔形臺(tái)階對(duì)流體有導(dǎo)向作用[17]，使氣體向楔形間隙減小的方向流動(dòng)。隨著螺旋角的增大，螺旋槽整體長(zhǎng)度縮短，楔形間隙變寬阻流效應(yīng)降低，泄漏量增大。當(dāng)α為18°時(shí)，雙槽特性占主導(dǎo)，使雙槽呈現(xiàn)較優(yōu)的阻流角度，減漏效果顯著，綜合密封性能提高。當(dāng)α大于18°時(shí)，雙槽特性削弱，槽型的導(dǎo)向作用低，泄漏量進(jìn)一步增大。因此雙槽階梯槽的α為18°時(shí)密封性能最優(yōu)。文獻(xiàn)[4]得到單螺旋槽的最優(yōu)螺旋角為15°，圖11中螺旋角為15°時(shí)雙槽階梯槽的密封性能也較優(yōu)。

2.3 工況參數(shù)對(duì)密封性能的影響

通過膜壓分析和不同槽深下3種槽型的密封性能研究，發(fā)現(xiàn)由于雙槽階梯槽的疊加效應(yīng)，使其剛漏比大于階梯槽，泄漏量低于階梯槽。由于階梯槽的密封性能不如雙槽階梯槽，文中研究工況參數(shù)時(shí)將只對(duì)比單螺旋槽與雙槽階梯槽。

2.3.1 壓力的影響

設(shè)定進(jìn)口壓力分別為0.6、1.6、2.6 MPa，轉(zhuǎn)速為10 386 r/min，槽深為6～14 μm，運(yùn)用Fluent計(jì)算單螺旋槽與雙槽階梯槽的流體域，分別研究不同槽深下進(jìn)口壓力對(duì)開啟力、泄漏量、壓差、剛漏比的影響。

圖12所示是不同壓力下的單螺旋槽(槽型A)與雙槽階梯槽(槽型B)的開啟力、泄漏量、壓差、剛漏比隨著槽深的變化曲線。結(jié)果表明，在研究的槽深和壓力范圍內(nèi)，QBΓA，F(xiàn)A>FB，ΔpA>ΔpB。隨著壓力的增加氣膜承載力增強(qiáng)，泄漏量增多，但兩槽型泄漏量的差值增大。究其原因，未飽和的階梯效應(yīng)下，壓力增大向內(nèi)徑處流動(dòng)的泄漏氣體增多，雙槽及階梯槽疊加的阻流作用上升，雙槽階梯槽的減漏效果越明顯。

圖12 不同壓力下單螺旋槽(槽型A)與雙槽階梯槽(槽型B)密封性能隨槽深的變化

隨著壓力的增大，階梯效應(yīng)趨于飽和，動(dòng)壓效應(yīng)減弱，綜合密封性能減小，因雙槽階梯槽二次流作用顯著，壓差的差值增大，剛漏比的差值降低。具體原因是壓力升高，二次流軸向流動(dòng)的量增多，主流與二次流混雜產(chǎn)生的能量耗散增大，導(dǎo)致雙槽階梯槽的最大膜壓下降明顯，最大膜壓與進(jìn)口壓力的差值變小，致使單螺旋槽與雙槽階梯槽壓差的差值越來越大。

槽深為6 μm時(shí)，0.6 MPa壓力下雙槽階梯槽的綜合密封性高，ΓB相對(duì)于ΓA提升了16.23%；2.6 MPa壓力下雙槽階梯槽的減漏效果顯著，QB相對(duì)于QA下降了12%。

2.3.2 轉(zhuǎn)速的影響

其他結(jié)構(gòu)參數(shù)和前文一致，設(shè)置轉(zhuǎn)速分別為5 000、15 000、25 000 r/min，研究單螺旋槽與雙槽階梯槽在不同槽深下進(jìn)口壓力對(duì)開啟力、泄漏量、壓差、剛漏比的影響。

圖13所示是不同轉(zhuǎn)速下的單螺旋槽(槽型A)與雙槽階梯槽(槽型B)的開啟力、泄漏量、壓差、剛漏比隨著槽深的變化曲線。結(jié)果表明，在所研究的槽深和轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，QBΓA，F(xiàn)A>FB，ΔpA>ΔpB。隨著轉(zhuǎn)速的增加，4種密封性能參數(shù)僅有剛漏比降低，且轉(zhuǎn)速越大，對(duì)泄漏量和壓差的影響越明顯。具體原因?yàn)檗D(zhuǎn)速增大，氣體的黏性剪切力增強(qiáng)，動(dòng)壓效應(yīng)增大，壓力升高，壓差變大。壓差大，流向內(nèi)徑方向的泄漏氣體的量增多，階梯槽和雙槽的減漏效果顯著，即QB

圖13 不同轉(zhuǎn)速下單螺旋槽(槽型A)與雙槽階梯槽(槽型B)密封性能隨槽深的變化

2.4 參數(shù)優(yōu)化后2種槽型密封性能比較

從不同壓力和轉(zhuǎn)速下的密封性能曲線可以看出，轉(zhuǎn)速對(duì)單螺旋槽與雙槽階梯槽的密封性能影響更大。且在槽深6 μm時(shí)，泄漏量最小，剛漏比最大。高壓、高轉(zhuǎn)速下雙槽階梯槽的減漏效果明顯，低壓、低轉(zhuǎn)速下雙槽階梯槽的剛漏比較大，但低壓、高轉(zhuǎn)速下雙槽階梯槽相對(duì)單螺旋槽綜合密封性能提升率高。因此為得到一個(gè)較好的綜合密封性能，選擇高速低壓工況進(jìn)行研究。

單螺旋槽和雙槽階梯槽的最優(yōu)槽深為6 μm，單螺旋槽最優(yōu)螺旋角為15°[4]。因此，選取槽深為6 μm，螺旋角同取15°，在進(jìn)口低壓0.6 MPa、高轉(zhuǎn)速25 000 r/min條件下，對(duì)單螺旋槽和雙槽階梯槽的密封性能進(jìn)行了比較。如表2所示，雙槽階梯槽相對(duì)于單螺旋槽承載力下降7.54%，但剛漏比提升了21.74%，泄漏量降低了27.45%。

表2 壓力0.6 MPa、轉(zhuǎn)速25 000 r/min下單螺旋槽和雙槽階梯槽密封性能比較

3 結(jié)論

基于槽型的疊加組合思想，提出雙槽階梯槽的端面密封結(jié)構(gòu)，對(duì)該結(jié)構(gòu)的密封性能進(jìn)行分析，并與單螺旋槽、階梯槽進(jìn)行比較。得出以下結(jié)論：

(1)雙槽階梯槽的中壓區(qū)在上游槽區(qū)分布廣泛，向外徑延伸的范圍最大，而單螺旋槽的高壓區(qū)集中分布在槽根處，高壓區(qū)域占比最大。雙槽階梯槽在中游槽根區(qū)和下游槽根區(qū)出現(xiàn)雙高壓區(qū)，而階梯槽僅在下游槽根區(qū)出現(xiàn)高壓區(qū)，說明階梯槽產(chǎn)生的動(dòng)壓效應(yīng)小于雙槽階梯槽。

(2)雙槽階梯槽在降低泄漏量和提高綜合密封性能上要優(yōu)于階梯槽和單螺旋槽。在槽深為6 μm，螺旋角α為18°時(shí)，雙槽階梯槽的泄漏量最小，剛漏比最大，密封性能最優(yōu)。

(3)在高速低壓工況下，與普通螺旋槽相比，雙槽階梯槽干氣密封性能在承載力幾乎不受影響的同時(shí)，綜合密封性能提升21.74%，泄漏量降低27.45%。