汽轮机刷式汽封流场数值计算

根据刷式汽封的有效厚度模型,对刷丝中蒸汽的流动进行数值计算,得出了刷丝流场的压力场、温度场、速度矢量场及泄漏量。计算表明,刷毛直径、刷毛密度以及刷毛的排布方式对刷式汽封的性能影响显著。     

径向间隙对刷式密封泄漏特性影响的数值分析

采用计算流体力学方法和多孔介质模型对5种径向间隙布置的刷式密封的泄漏流动特性进行了数值模拟.结果表明：相对于接触式零间隙密封,径向间隙为0.1 mm时的泄漏流量增加了1个数量级,且压比越大,泄漏流量的增幅越大.当间隙增加到0.3-0.4 mm时,从径向间隙通道直接流出的流体达到总泄漏流量的75%-85%.在各种间隙条件下,近背板截面刷丝自由端附近的径向压力梯度达到最大值,促使刷丝区域内的流体沿径向加速流向转子表面并从径向间隙通道流出.     

刷式汽封和梳齿汽封泄漏流动特性的数值模拟研究

采用数值求解三维Navier-Stokes方程技术,研究了梳齿汽封和刷式密封的内部流动性能,即汽封内部压力场分布、速度场分布,以及不同型式汽封的模拟漏汽量。采用汽封漏汽量公式,计算了不同汽封的理论漏汽量,并与模拟漏汽量进行比较。结果表明:在相同进口压力下,刷式汽封的压力变化比梳齿汽封的压力变化迅速。同时揭示了刷式汽封能够有效干扰蒸汽流动,降低蒸汽的流速。某电厂汽封改造实例表明,采用刷式汽封替换梳齿汽封后热耗率较改造前降低了143k J/(k W·h),汽封改造效果明显。     

刷式密封泄漏流动特性影响因素的研究

采用基于改进Darcian多孔介质模型的Reynolds-Av-eraged Navier-Stokes方程求解技术,用数值模拟的方法分析了在一定径向间隙条件下压比和刷丝束厚度对刷式密封泄漏流动特性的影响规律。根据发表的刷式密封泄漏量试验数据,确定了刷丝束多孔介质的渗透率系数。利用所确定的刷丝束多孔介质渗透率系数,分别计算了在一定径向间隙条件下7种压比和5种刷丝束厚度时某轴端刷式密封的泄漏量和泄漏流动形态。计算结果表明,压比和刷丝束厚度均影响刷式密封的泄漏量,在一定压比条件下,泄漏量随着刷丝束厚度的增加而减小;在一定刷丝束厚度条件下,泄漏量随着压比的增加而增加。因为刷式密封泄漏量与压比和刷丝束厚度近似成线性变化,所以压比和刷丝束厚度对刷式密封内泄漏流动形态的影响可以忽略。     

汽轮机刷式汽封流场数值模拟

建立了刷式汽封计算模型,采用数值模拟方法计算得出压力场、温度场、速度矢量场及泄漏量;通过改变刷毛直径、刷毛密度、刷毛与轴的间隙以及刷毛齿形,分析了这些结构参数对密封性能的影响规律。     

刷式密封泄漏特性数值方法研究与实验验证

从数值方法和实验测试两方面研究刷式密封的泄漏流动特性。分别建立刷式密封稳态多孔介质模型和瞬态三维流固耦合模型,设计搭建了刷式密封泄漏特性实验台,用实验方法研究了进出口压比和密封间隙对刷式密封泄漏特性的影响,对比验证了两种数值方法的准确性,分析比较了两种数值方法的优缺点。在此基础上,用数值方法研究了刷式密封流场特性,分析了刷丝束内部轴向和径向的压力分布特性以及刷丝的"吹闭效应"。研究结果表明:刷式密封瞬态三维流固耦合模型比多孔介质模型求解精度更高,与实验结果更贴近,但求解时间较长;多孔介质模型计算时间短,但该方法需要对孔隙率和阻力系数进行修正,求解不具有普适性;密封间隙一定时,泄漏量随压比的增大而近似呈线性增大;压降主要发生在刷丝束区域,刷丝束轴向压力分布不均,前排刷丝束之间压力梯度较大;径向压力沿轴向分布不均,末排刷丝束径向压力梯度较大,径向压差的存在是产生"吹闭效应"的重要原因。     

蜂窝汽封流场及泄漏特性的数值模拟研究

建立了蜂窝汽封三维流场数值模型,系统地分析了蜂窝孔径尺寸、蜂窝高度、入口压力等结构与运行参数对汽封流场及泄漏特性的影响.计算结果与分析表明,在运行参数不变的情况下,降低蜂窝孔径大小或增加蜂窝高度都有利于降低汽封泄漏量,提高密封效果.而在结构参数不变的情况下,汽封泄漏量随入口压力增大而增加,而随旋转速度增大出现减小的趋势.     

核电汽轮机侧齿汽封流动特性的数值研究

核电站汽轮机汽封系统的蒸汽泄漏量对电厂经济性有重要影响,采用数值求解方法,用有限体积法对控制方程进行离散,并求解湍流模型的封闭方程组,分析了核电厂汽轮机上不同形式侧齿汽封的流动特性和泄漏情况。结果表明:在不同的进口压力下,单低齿侧齿汽封的泄漏量低于双低齿侧齿汽封的泄漏量,有底齿的双低齿侧齿汽封和单低齿侧齿汽封的泄漏量都略高于没有底齿的。为优化核电厂二回路汽封系统提供了理论参考。     

高中压合缸汽轮机过桥汽封内泄漏流动的数值研究

基于ANSYS CFX,研究了某超临界600MW高中压合缸汽轮机过桥汽封内蒸汽的泄漏流动。分析了转子的旋转对过桥汽封漏汽量的影响,结果显示,转子的旋转将使过桥汽封处蒸汽的泄漏量略有降低;数值计算得到了不同工况下过桥汽封处的漏汽量,并与理论公式的计算结果和设计值进行了比较,结果表明:数值计算的结果略大于理论公式的计算结果和设计值,且3种结果都显示过桥汽封处的漏汽量将随着负荷的增加近似呈线性增长的变化趋势;此外,不同负荷条件下,高压缸进汽侧汽封漏汽量与主蒸汽流量的比值和中压缸进汽侧汽封漏汽量与再热蒸汽流量的比值都基本为一定值。     

刷式密封泄漏流动特性数值模拟

将刷式密封区域视为多孔介质,建立刷式密封CFD数值分析模型;结合FLUENT软件,通过求解Non-Darcian多孔介质模型的能量方程和(RANS)完全雷诺平均方程的方法,对影响刷式密封泄漏流动规律的一些物理量,比如刷式密封栅栏高度、间隙大小、压比和刷丝束宽度等进行了相关模拟研究;推导并验证了文中所应用的多孔介质阻尼系数。结果表明:在相同压比情况下,栅栏高度越低,泄漏量越大。刷式密封泄漏量会伴随压比变化呈线性变化。对于相同的栅栏高度,随着压比的增加,泄漏量均呈直线上升。     

600MW汽轮机隔板汽封流场与汽流激振力的数值计算

通过建立600MW超临界机组隔板密封三维模型,应用Fluent软件模拟计算与汽缸同心的转子在有无旋转的情况下对隔板汽封蒸汽泄漏量的影响;研究了在转速3 000r/min,转子无偏心,进出口压力改变时隔板汽封蒸汽泄漏量的变化情况;并分析偏心距对泄漏量和汽流激振力的影响规律。计算结果与分析表明,进出口压比对迷宫密封性能的影响是随着进出口压比的增大泄漏量增大;偏心距增大泄漏量增大,同时汽流激振力也随之增大。     

可调式汽封在215MW 机组汽封改造中的应用

可调式汽封可以减少动静间的碰磨造成的汽封磨损,保持较小的汽封间隙,使泄漏蒸汽量减少,提高机组运行热效率,同时,也能够增加机组的安全可靠性。     

动静态下汽封间隙对汽封性能的影响研究

应用Fluent软件,采用SIMPLE算法、RNG k-ε双方程紊流模型和有限体积法离散N-S方程,对动静状态下汽封内的三维流场进行了数值模拟。结果表明:在汽封间隙内部的泄漏流动中,黏性作用是不占主导地位的。间隙值越大,漏泄现象就越严重。转子旋转效应的影响存在于近壁区内,但汽封间隙变化对漏汽量的影响要远大于旋转效应所产生的影响。不同间隙下转速对间隙内流场的流线存在一定的影响,汽封间隙较小时漏汽平均速度受转子转速的影响要大一些。     

凹槽式叶顶流动换热的数值研究

针对叶尖间隙高度对凹槽式叶顶流动与换热的影响展开数值研究,评估4种湍流模型在叶顶换热方面的预测能力.结果表明：凹槽肩壁顶部、凹槽腔底部近前缘区域和叶顶尾缘为高换热区,凹槽腔底的中部和尾部区域为低换热区;不同湍流模型对叶尖间隙泄漏量预测差别很小,但泄漏流流动状态差异很大,这是造成不同湍流模型对叶顶换热预测存在重大差别的原因;在研究的间隙范围内,叶尖间隙泄漏量和叶顶换热强度随间隙高度的增大而增加;在所选的4种湍流模型中,k-ω模型是叶顶换热数值模拟较好的湍流模型选择.     

高低齿汽封与蜂窝汽封及孑L式阻尼汽封密封性能的比较

使用商用CFD软件Fluent对高低齿汽封、蜂窝汽封及孔式阻尼汽封进行了三维数值模拟,得到三种汽封在不同压比、轴转速和汽封相对间隙时的密封性能,并将高低齿汽封和蜂窝汽封计算值与试验数据进行了对比．结果表明：高低齿汽封流量系数随压比增大而增大,随转速加快而略有减小,随相对间隙的增大而减小;蜂窝汽封与孔式阻尼汽封的流量系数均随压比增大而减小,随转速加快而略有减小,基本呈直线变化规律,随相对间隙的增大而增大;在相同的条件下,蜂窝汽封的漏汽量比高低齿汽封的漏气量减少10％,而孔式阻尼汽封的漏汽量比蜂窝汽封漏汽量减少6％．     

汽轮机叶顶汽封间隙内的流动损失分析

为了揭示叶顶汽封结构变化对泄漏损失的影响,提高汽轮机运行效率,数值研究了平齿汽封、高低齿汽封和侧齿汽封3种不同叶顶汽封结构下汽轮机高压转子间隙泄漏的流动形态、间隙涡系的形成机理和发展规律,研究表明:在叶顶汽封腔室复杂的周向螺旋状的涡动中,泄漏流体的周向速度是影响漩涡耗散的一个重要因素;高低齿及侧齿的汽封结构可以增强漩涡之间的相互作用,降低泄漏流体的周向速度,使漩涡在腔室内的耗散更加充分;由于掺混损失降低,高低齿及侧齿汽封的泄漏总损失较平齿汽封相比分别下降7.1%和9.8%。     

混流式水轮机泵板装置特性分析及其改进

为研究混流式水轮机主轴密封泵板装置工作特性及优化可行性,基于CFD商用软件,以新疆红山嘴一级电站4号机为例对其结构进行改进。在模型准确基础上,分别就径向泵叶角度、泵盖高度做改进,并将泵叶和泵盖联合改进结构进行数值模拟。共计25种计算模型,225种工况,以泵盖排水量、梳齿环出口压力、顶盖排水压力作为指标,探究提高泵板装置工作效率及主观减少间隙泄漏量的可行性。研究表明:泵盖位置较泵叶角度改变对优化效果更佳;较大高度比的泵盖对减少间隙泄漏量、提高泵板装置工作效率更有利;径向泵叶且高度比为0.1902为最佳改进结构,可使泵板装置工作效率提高11.7%、泄漏量减少17.8%、顶盖排水量增加14.5%。     

汽轮机叶片正弯对叶顶间隙泄漏流动影响的数值模拟

以某汽轮机高压级动叶为研究对象,采用κ-ε湍流模型,应用SIMPLEC算法对在相同叶顶间隙高度下的常规扭叶片和正弯扭叶片的叶顶间隙流动进行了数值模拟。研究结果表明:与常规扭叶片相比,叶片正弯提高了汽流在叶顶区的最低压力值,减小了叶顶压力边与吸力边的横向压力梯度;汽流在正弯扭叶片吸力面附近形成的泄漏涡的影响范围和对通道主流的扰动弱于在常规扭叶片内形成的影响;正弯扭叶片使汽流在吸力面和压力面上形成了叶顶部正径向压力梯度、叶根部负径向压力梯度的"C"型压力分布,同时降低了叶片上端部附近的总压损失。叶片正弯既降低了叶顶泄漏损失,又降低了叶栅通道内的掺混损失。     

计算刷式汽封泄漏流动的多孔介质模型

通过对刷式密封刷丝束中泄漏流动特点的分析,把刷丝束当作多孔介质来处理,有效简化刷丝束中复杂的泄漏流动,建立了刷丝束中多孔介质的泄漏流动模型。刷式密封内泄漏流动的特性采用的是基于多孔介质模型Reynolds-averaged Navier-Stokes方程的数值计算方法进行研究的。计算和分析了不同转速、不同压差和不同孔隙率下的泄漏流量。计算结果表明:在相同的孔隙率下,压差越大泄漏量越大;在相同的压差下,孔隙率越小,泄漏量越小;刷式密封的泄漏量与轴的转速无关。通过数值计算和实验结果的对比,两者数据吻合较好,验证了采用多孔介质模型模拟刷式密封刷丝束的可行性。     

后夹板结构对刷式密封泄漏特性和温度分布的影响

采用数值方法求解基于Non-Darcian多孔介质模型的雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程和能量方程,研究了5种后夹板结构对刷式密封泄漏特性和温度分布的影响.结果表明:数值预测得到的刷式密封泄漏量与实验值吻合良好,验证了数值方法的有效性;在后夹板上设置开槽对泄漏量的减小没有益处,其中与下游腔室相连的开槽会导致泄漏量大幅增大;5种后夹板结构刷式密封的最高温度均发生在刷丝与转子的接触面上,后夹板开槽结构对刷丝束尖端温度的降低并未起到作用.