基于CFD迷宫密封泄漏量的研究

以CFD软件fluent为计算工具,数值模拟了两种不同齿型的直通式迷宫密封的内部流场,分析了密封内部压力和速度场分布.同时,指出密封泄漏量的机理,并计算了两种不同齿型密封的泄漏量.通过改进齿顶几何形状,得到一种减小泄漏量的密封新模型.     

袋型阻尼密封动力特性分析及对转子稳定性的影响

密封动力特性对透平机械转子系统稳定性影响较大。文中应用非定常动网格技术建立了考虑转子涡动的袋型阻尼密封动力特性求解模型,在验证求解模型准确性的基础上,比较分析了转子涡动频率、涡动振幅对传统迷宫密封和袋型阻尼密封动力特性的影响,基于密封气动功方法定量分析了袋型阻尼密封的抑振机理。研究结果表明:与传统迷宫密封相比,袋型阻尼密封的周向隔板降低了密封腔内气流的周向速度,其泄漏特性与传统迷宫密封相当;在所研究的工况下,袋型阻尼密封指向转子涡动中心的径向气流力以及与转子涡动速度方向相反的切向气流力均大于传统迷宫密封,有效地降低了转子涡动振幅和涡动速度;与传统迷宫密封相比,转子涡动频率和涡动振幅越大,袋型阻尼密封气动功的绝对值越大,抑振效果越好。     

低迟滞刷式密封泄漏特性的数值研究

在分析常规刷式密封泄漏特性数值的基础上,利用ANSYS-FLUENT软件求解雷诺平均纳维尔-斯托克斯方程(reynolds averaged navier stokes,RANS),采用各向异性Non-Darcian多孔介质模型对不同压力比下的实验测量常规刷式密封泄漏量进行数值模拟,结果表明,数值模拟得到的泄漏量数据与实验测量常规刷式密封的泄漏量数据吻合,该数值预测方法可行。从泄漏流场、刷丝束内、边缘的轴向压力分布、刷丝束上、下游面的径向压力分布以及泄漏量等方面对常规刷式密封和低迟滞刷式密封的泄漏特性进行比较分析,低迟滞刷式密封在遮流板和减压槽的作用下,其泄漏流的流动形态与常规刷式密封的不同,能有效地降低刷丝束围栏区域的轴向压力差,但其泄漏量较常规刷式密封大,应对其结构进行改进设计。     

自调喷气式迷宫密封气流激振特性研究

提出新型自调喷气式迷宫密封,在密封齿上布置微型喷嘴,贯通前后密封腔,利用自然压差作用形成射流实现流动的自调控制。建立包含微型喷嘴的迷宫密封数值分析模型,应用基于微元理论的密封动力特性系数识别方法,对比研究了喷嘴逆向、同向及直喷3种布置方式对密封动静特性的影响,分析了喷嘴偏转角度与周向布置数目对系统稳定性的影响。结果表明:喷嘴同向布置能更好抑制气流激振,其有效阻尼提高至原结构的224%。喷嘴偏转角度对交叉刚度的影响较显著,而周向布置数目对直接阻尼的影响较显著,可通过增加喷嘴周向布置数目与调整偏转角度提升密封系统稳定性。新型自调喷气式迷宫密封泄漏量较传统结构略有增加。     

超临界二氧化碳高低齿迷宫密封流动特性研究

密封是超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,SCO_2)透平机械抑制流体泄漏的重要部件。以SCO_2为工质建立高低齿迷宫密封数值分析模型,基于微元理论研究转子轴向偏移、凸台高度及密封腔高度对密封泄漏及动力特性的影响。研究表明:转子轴向正偏移时密封有效阻尼系数高于无/负偏移。转子无偏移、有凸台工况下,密封交叉复合刚度系数频率依赖性较低,交叉复合刚度系数对有效阻尼系数影响较小。涡动频率低于60Hz时,有效阻尼系数随凸台高度的增加而减小。涡动频率高于160Hz时,有效阻尼系数随密封腔高度的增加而增大。密封泄漏量随凸台高度的增加而降低;密封腔高度为7、5.5mm时,分别较原始模型(h=8.5mm)泄漏量提高约1.3%、7.4%;转子轴向偏移-2mm时,较原始模型泄漏量降低约6%。     

动压机械密封副结构与性能分析

本文以300MW核主泵双向推力轴承油密封副为研究对象,通过数值模拟分析、连续运转试验等方法,研究了各密封性能参数的相互影响以及密封面结构与密封性能的内在关系。通过对机械密封动、静环的受力变形分析,研究了密封端面变形与性能参数之间的联系。在考虑空化和不考虑空化两种情况下,分别对密封面进行了流场分析。阐述了影响泄漏量关键参数的取值方式。通过计算分析和连续运行试验验证,证明了该密封副结构变形小,应力分布合理,得出了泄漏量和开启力与密封副压差、动环端面流体浅槽深度的关系,密封泄漏量满足设备运行要求。     

往复式机械密封泄漏量的计算与分析

针对往复式机械密封的泄漏问题,通过对其流体动力学分析和计算,推导了泄漏量的计算公式,分析研究了影响泄漏量的各种主要因素。     

串联式干气密封对超临界二氧化碳轴流透平气动性能的影响

轴流透平叶顶不可避免地存在泄漏问题,严重影响了透平的运行效率与安全,工程上通常在叶顶布置密封结构来降低泄漏流的影响。为了进一步提升叶顶密封性能,该文基于一个1.5级超临界二氧化碳轴流透平,在动叶叶顶布置串联式干气密封,讨论了不同密封间隙下的流动特性和气动性能,并通过热流固耦合方法研究了密封端面变形特性,验证了其可行性。结果表明:串联式干气密封间隙为10mm时,无量纲相对泄漏量仅有2.43×10^-5,透平效率相对于无泄漏结构仅降低了0.01%。随密封间隙增大,泄漏量增大,透平级内损失增大,效率降低。但在大密封间隙下,串联式干气密封结构相比于单级密封结构性能更突出。各个密封间隙下,密封端面内外径热力耦合轴向变形差均不超过27mm,且变形后透平可以维持较高效率。研究结果表明,超临界二氧化碳轴流透平叶顶布置串联式干气密封可以在保证安全性的前提下有效降低泄漏量,维持较高的气动性能。     

基于CFD的水轮机密封内部流场的研究

基于计算流体动力学的(CFD)计算软件fluent,利用RNGk-ε湍流模型对某水轮机迷宫密封内部流场进行了数值模拟,得到了密封内的流场分布,为进一步研究水轮机密封内部流动提供了依据。     

迷宫汽封泄漏特性数值模拟

建立迷宫汽封三维数值分析模型,系统研究了压比、汽封间隙、齿尖宽度、台阶高度等参数对迷宫汽封泄漏特性的影响。结果表明:汽封泄漏量随压比的增加而增加,且增加率逐渐减小;无量纲参数"齿隙比"j(齿尖宽度与汽封间隙之比)可用于评价汽封内部流动特性的变化,当j≥1.0时,其变化对汽封内部流动特性的影响可以忽略,此时汽封泄漏量与汽封泄漏面积成正比,当j1.0时,其变化会引起汽封内部流动特性的显著变化,此时在计算汽封泄漏量时应考虑齿隙比对流动特性的影响;台阶高度H_s变化对汽封泄漏量影响较小,但当H_s=0时,迷宫汽封退化为光轴结构,会引起泄漏量大幅增加43%以上,因此不建议在没有台阶的光滑轴面使用迷宫汽封。     

带隔板汽封结构对透平级流动影响的数值模拟

采用数值模拟方法对使用高低齿汽封和侧齿汽封结构的带隔板汽封透平级进行了研究,得到了透平级的级效率、主要气动参数、汽封漏气量等数据,分析了2 种不同汽封结构对透平级流动的影响,并对汽封流场中的流动情况进行了分析。     

径向环形汽封流动特性研究

提出一种新型径向环形汽封,对其结构及密封原理进行分析。与传统梳齿汽封相比,在结构上增加4个90°转弯,将流体泄漏方向由轴向改为径向。增大密封内流体流动阻力,减小了气流激振力。建立普通梳齿汽封和径向环形汽封三维数值计算模型。计算结果表明,同一密封间隙下径向环形汽封泄漏系数比普通轴向梳齿汽封低20%左右。转速对2种汽封径向气流力影响较小,而对切向气流力影响较大。随转速升高,切向气流力不断增大,系统稳定性降低。同一偏心情况下,径向环形汽封径向气流力约比轴向梳齿汽封大1～3倍,切向气流力约比轴向梳齿汽封小70%～75%,且这一比例随转速升高越来越大。     

混流式水轮机跨尺度流道内复杂湍流的数值模拟

由于水轮机主流道和密封间隙流道空间尺度相差较大,为同时获得水轮机流道和密封通道内的流动特性以及水封间隙泄漏特性,充分考虑叶道流和间隙流的相互干扰,采用非一致网格界面插值技术以及基于Vreman亚格子模型的全局动态大涡模拟方法,不仅得到主流道内速度、压力以及涡量的分布,同时捕捉到了微通道间隙内的流动特征以及不同间隙宽度对密封渗漏流动特性及顶盖压力分布的影响。计算结果表明,主叶道内的强旋拧涡带,密封间隙内旋涡结构以及尾水涡带都直接影响转轮的动态平衡,流体从间隙进入梳齿空腔后产生很强的旋涡而耗散部分动能,而且不同尺度密封间隙流道内产生的旋涡结构不同,耗散能量差异较大,反映出密封渗漏流量的不同。     

钢球磨煤机减速机轴封漏油治理

对乌海热电厂二期2×200 MW燃煤机组钢球磨煤机减速机轴封漏油问题进行了分析,原因为减速机油位过高、密封轴套有刮痕、轴封没有装设挡油密封以及骨架密封油唇磨损.结合实际情况采用降低减速机油位、加装迷宫式密封及挡油密封环等措施对其进行技术改造,改造后钢球磨煤机减速机轴封未再发生漏油现象,改造效果良好.     

中速磨煤机迷宫密封装置改造

对 ZGM-95磨煤机迷宫密封装置进行了研究 ,它由传动轴、迷宫环和气环三部分组成 ,但该装置存在使用寿命短 ,易漏风、漏粉 ,同时安装时劳动强度大。把该迷宫密封装置改造为浮动轴封式 ,能够有效地消除该装置漏风、漏粉现象 ,延长磨煤机的大修周期 ,减小安装时的劳动强度 ,并且还能够显著地改善磨煤机的运行工况。     

聚酰亚胺模塑料浮动式迷宫--螺旋复合油密封

本文阐述了现代旋转机械常用的几种密封型式－－衬套密封、迷宫密封和螺旋密封,并提出了一种全新的密封－－非接触型浮动式迷宫－－螺旋复合密封。同时还列举了该型复合密封在300MW、200MW和50MW汽轮发电机上的应用实例。此外,还以大量的试验数据,对常用密封材料进行了详尽的分析对比,特别提出了复合密封的新材料－－聚酰亚胺模塑料。     

蜂窝密封流场旋涡能量耗散的数值研究

文中采用商业CFD软件建立有限元模型，并采用k-e两方程湍流模式求解了蜂窝密封的流动特性。从能量转化的角度分析解释了蜂窝密封具有良好封严特性的原因。计算结果表明，由于蜂窝密封特殊六边形结构将泄漏流体分割成小涡流，更有效地将气体能量转化为热能，从而减小泄漏；梳齿密封由于环向流动存在，削弱了能量耗散，泄漏量比较大。同时说明合适的蜂窝芯格尺寸和蜂窝深度会提高能量耗散，达到最佳的封严效果。文中的研究成果为透平机械中应用蜂窝密封提供了理论依据和技术支持。     

汽轮机新型汽封的应用和比较

汽封的性能对机组的经济性和可靠性有重要的影响。为降低漏汽损失,提高机组安全性和经济性,将原有的传统曲径汽封改为新型汽封十分必要。本文对各种汽封的工作原理和实际应用情况进行了对比分析,并阐述了汽封改造和应用中须注意的问题。     

风罩回转式空气预热器改造

针对姚孟发电有限责任公司3号机组风罩回转式空气预热器存在的问题,如:本体漏风量大,受热面存在堵灰现象,主、辅设备磨损严重等。在保持原有设备结构、系统不变的基础上进行了多项局部改造,包括:各径向隔仓加装迷宫式密封,喉口密封全部更换,冷端加装半自动密封调节装置,密封调节系统全部更换等。改造后空气预热器的漏风率下降了15%。