蜂窝芯格尺寸对蜂窝密封流动特性的影响

采用RNG k-ε两方程紊流模型、Simple算法和结构化网格,利用Fluent软件数值分析不同间隙、压比和转速条件下,蜂窝芯格尺寸对蜂窝密封内泄漏流动的影响。结果表明:蜂窝密封特殊的六边形结构可以将泄漏流分割成许多小涡流,漏汽在蜂窝腔内呈逆时针螺旋式三维紊流运动;芯格尺寸越大,漏汽量越大;同一密封间隙下,随着芯格尺寸的增大,泄漏量增大的趋势在升高;随着压比的增大,蜂窝密封的泄漏量增大,但泄漏量增加的趋势在减小;随着转速的增加,转轴表面形成强烈的气旋效应,有利于阻滞泄漏流动。     

台阶齿蜂窝衬套封严结构风阻特性的研究

对台阶齿-蜂窝衬套篦齿封严结构的泄漏特性和风阻特性进行数值模拟,得到流体的泄漏特性和风阻特性随转速、压比、节流间隙和蜂窝结构参数的变化规律.结果表明:泄漏流体风阻生热总温升随转速和蜂窝单元直径的增大而增大,随压比和节流间隙的增大而减小;蜂窝深度对风阻生热影响不大,基本可以忽略.     

蜂窝结构对篦齿-蜂窝密封封严性能的影响

为提高压气机级间气路封严密封性能,在传统六边形蜂窝的基础上,改变其结构得到方形蜂窝和圆形蜂窝,数值研究不同间隙、压比和转速下蜂窝结构对篦齿-蜂窝密封封严性能的影响。结果表明:间隙增加时,篦齿密封、六边形蜂窝密封、方形蜂窝密封、圆形蜂窝密封4种密封方式泄漏量均线性增加,但由于蜂窝破坏了流场透气效应,故篦齿-蜂窝密封泄漏量增速最慢,其中圆形蜂窝密封封严效果最好;压比增加时,4种密封方式泄漏量均增加,但篦齿及蜂窝腔室内形成漩涡亦随压比增加而愈发强烈,耗散更多能量,故泄漏量增速逐渐变缓;转子转速增加时,流体环向速度增加,4种密封方式泄漏量均减小,而蜂窝环向切割流体形成漩涡耗散能量,故篦齿-蜂窝密封减小幅度较大。在大间隙高压比高转速的工况下,篦齿-蜂窝衬套结构封严效果更好,其中篦齿-圆形蜂窝密封最具优势。     

考虑闭合效应的刷式密封泄漏特性研究

采用基于非线性Darcian多孔介质模型的Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程的数值方法研究实验测量的零间隙和具有间隙的刷式密封在不同压比和转速下的泄漏特性,提出针对刷式密封闭合效应的间隙修正公式。考虑闭合效应后具有间隙的刷式密封泄漏量的预测结果与实验数据吻合,验证所建立刷式密封闭合效应修正模型的有效性。研究结果表明:刷丝束顶部与转轴间的间隙导致刷丝束内部压力降低且具有较为明显的径向压差,径向压差的存在导致刷丝束产生闭合效应,进而减小了刷式密封的有效密封间隙;闭合效应使得刷式密封有效间隙随着压比升高而减小,数值计算刷式密封泄漏特性时考虑闭合效应可以显著提高预测精度;在相同压比和转速下,具有间隙的刷式密封的泄漏量明显大于零间隙刷式密封的泄漏量;刷式密封的泄漏量随着压比的增大而增大;在所研究的转速范围内转速对刷式密封的泄漏特性的影响有限。     

蜂窝轴封泄漏特性研究

根据某型汽轮机迷宫轴封的泄漏特性进行了蜂窝轴封的改进设计,以及蜂窝轴封的泄漏特性和影响因素的研究。介绍了透平机械密封技术的研究进展。根据汽轮机迷宫轴封的结构特点,对高低齿迷宫密封的短齿部分改进设计成蜂窝结构,将传统的迷宫轴封设计成蜂窝轴封,并采用数值方法研究改进的蜂窝轴封泄漏特性。数值分析了传统迷宫轴封的泄漏特性。比较了不同间隙、不同芯格尺寸的蜂窝密封的泄漏特性,得出了最佳蜂窝密封尺寸。蜂窝轴封的最佳设计方案是径向间隙0.50mm,蜂窝芯格直径是2.75mm。     

蜂窝密封的封严特性研究

对于蜂窝深度为3.0mm、蜂窝芯格尺寸(蜂窝六边形的对边距离)分别为3.2mm、1.6mm和0.8mm三种蜂窝密封,研究了在不同转速、压比下的封严特性。试验结果表明,三种蜂窝密封之中,芯格尺寸为1.6mm的蜂窝密封封严效果最好,说明蜂窝密封芯格尺寸的大小对其漏气量的影响并不呈线性规律。计算结果表明,蜂窝宽度与蜂窝深度比值适当时,能量耗散效果好,密封的漏气量较小。蜂窝宽度与蜂窝深度的比值偏大或偏小时,能量耗散效果差,密封的漏气量都较大。     

直升机减速器径向石墨密封的泄露特性分析

针对直升机减速器润滑油泄漏问题,选取某直升机减速器径向石墨密封环为研究对象,应用FLUENT软件对其内部流场和泄漏特性进行数值模拟,研究径向间隙、密封块豁口间隙、压比、被密封轴椭圆度及密封环分块数对径向石墨密封泄漏特性的影响。结果表明,在其他条件相同时,密封装置的泄漏量随径向间隙、椭圆度的增大而增大,且增大速度有加快的趋势;密封装置的泄漏量随豁口间隙的增大而增大,且增大速度有减慢的趋势;密封装置的泄漏量随压比的增大近似呈线性增大;密封装置的泄漏量与密封环分块数没有明显关系。     

凹槽迷宫密封封严特性的数值研究

采用计算流体动力学软件、RNG k-ε模型、Simple算法和结构化网格,研究不同间隙、压比、转速等工况下密封表面凹槽结构对凹槽迷宫密封三维流场和泄漏流动特性的影响。结果表明:凹槽迷宫密封的凹槽结构可以更加充分地耗散气体的动能,从而有效地阻滞气体流动,减小气体的泄漏;迷宫密封的泄漏量随间隙的增大而增大,但凹槽迷宫密封泄漏量和泄漏量增加率都小于普通迷宫密封;随着压比的增大,凹槽迷宫密封的泄漏量有所增加,但相比于普通迷宫密封,其泄漏量增加的趋势在逐渐减小;随着转速的增加,凹槽迷宫密封更容易在凹槽内形成气旋效应,从而使其封严性能显著提高。     

F级燃气轮机高压迷宫密封泄漏特性研究

以F级燃气轮机高压迷宫密封为研究对象,研究密封间隙、压比、密封齿厚对迷宫密封泄漏特性的影响规律,采用泄漏系数表征各种影响因素与密封泄漏量的函数关系。结果表明:相同压比条件下,密封间隙增大,泄漏系数增大,且增大的趋势变大;相同密封间隙下,随着压比提高,泄漏系数近似线性的增大;相同间隙和压比下,随着齿厚的减小,泄漏系数减小。     

反旋流对密封静力与动力特性影响的理论与试验研究

设计加工无/有反旋流共4种密封结构,从理论与实验两个方面研究反旋流对密封静力与动力特性的影响规律。建立反旋流密封静力特性CFD模型,理论分析反旋流对密封间隙流体切向速度、周向压力分布以及泄漏特性的影响;设计搭建反旋流密封动力特性试验台,试验测试无/有反旋流密封的泄漏特性,应用不平衡同频激励法试验研究反旋流对密封动力特性的影响。研究结果表明:反旋流可减小密封间隙流体的切向速度,进而降低密封间隙流体的周向压力差,且密封间隙流体周向压差随切向速度的减小而降低,这是反旋流抑制密封气流激振力的主要原因;密封的泄漏量随进出口压比的增加而增大,两者近似呈线性关系;与无反旋流密封相比,反旋流密封增加了密封的泄漏量,且随着进出口压比的增加,两者泄漏量差异增大;密封的动力特性系数的随密封进出口压比与转速的增加而增大。在相同工况下,主刚度大于交叉刚度约一个数量级,主阻尼与交叉阻尼数量级相同,且主阻尼大于交叉阻尼;反旋流可有效降低密封的等效刚度,增加密封的等效阻尼,提高密封的稳定性。     

Effect of honeycomb seals on loss characteristics in shroud cavities of an axial turbine

The loss in efficiency due to shroud leakage or tip clearance flow accounts for a substantial part of the overall losses in turbomachinery.It is important to identify the leakage loss characteristics in order to optimize turbomachinery.At present,little information is available in the open literature concerning the effect of honeycomb seals on the loss characteristics in shroud cavities of an axial turbine,despite of the widespread use of the honeycomb seals.Therefore,interaction between rotor labyrinth seal leakage flow with and without honeycomb facings and main flow is investigated to provide the loss characteristics of the mixing process of the re-entering leakage flow into the main flow.The effects of honeycomb seals on the flow in shroud cavities and interaction with the main flow are analyzed.An additional study on the impact of subtle shroud cavity exit geometry is also presented.The investigation results indicate that the honeycomb seal affects the over tip leakage flow and reduces mixing losses when compared to the solid labyrinth seal.The leakage flow interactions with the main flow have considerably changed the flow fields in the endwall regions.The proposed research reveals the effects of honeycomb seals on the loss characteristics in shroud cavities and the impact of subtle shroud cavity exit geometry,and it is helpful for the design optimization of turbomachinery.     

迷宫密封中可压流体流场的数值模拟

应用Fluent软件计算迷宫密封间隙宽度和空腔深度以及直通式迷宫密封和错列式迷宫密封对迷宫密封流场和泄漏量的影响。计算结果与分析表明,间隙宽度对泄漏量的影响体现在通过改变空腔进出口面积来改变泄漏量。所以泄漏量随间隙宽度呈线性变化。在实际运用中,在保证安全的情况下尽量减小间隙宽度;在一定条件下,空腔深度越大,紊流程度下降,泄漏量越大;错列式迷宫密封的泄漏量要明显小于直通式迷宫密封。     

Effect of teeth bending and mushrooming damages on leakage performance of a labyrinth seal

To achieve higher aerodynamic performance, turbine usually works at tight clearance, which results in inevitable rub between the rotor and stator parts of labyrinth seal due to vibrations, misalignment, mechanical force, thermal stress, etc. In the rubbing events, contact between labyrinth fin and rotor part will commonly induce the teeth bending and mushrooming damages, which significantly affect the discharge performance of a labyrinth seal. To account for the influence of teeth bending and mushrooming on leakage performance of a straight-through labyrinth seal, the leakage rates and flow fields in the worn labyrinth seal are measured and also compared with the original design cases. With numerical methods, the discharge behaviors of the labyrinth seal with different degrees of bending and mushroom damages are analyzed. It shows that the predicted leakage performance and flow fields in the labyrinth seals match well with the experimental tests. For the bending cases, the leakage rates and flow patterns in labyrinth seals are dependent on the effective clearance and bending angle. The leakage ratio of forward bending case is smaller than that of backward bending case with the same geometrical dimensions. However, for the mushroomed labyrinth seals, the leakage rates and flow patterns are much dependent on the effective clearance but slightly dependent on the mushroom radius.     

间隙宽度对类迷宫密封性能的影响

类迷宫密封由于其结构的特殊性,内部流体流动也有别于迷宫密封。利用FLUENT软件分析密封间隙对类迷宫密封性能的影响,并与传统迷宫密封内部流场进行对比。结果表明：在同等尺寸条件下,类迷宫密封湍流流体流动在槽向上比迷宫密封明显,在研究类迷宫密封时槽向流动不可忽略;间隙宽度对泄漏特性影响较大,随着间隙宽度的增大,流体速度降低,节流效应减弱,泄漏量增大。     

基于FLUENT技术迷宫密封的结构优化

以压缩机迷宫密封为研究对象,利用FLUENT模拟气体在迷宫密封中的内部流动,分析了气体在迷宫密封中的速度与压力分布,并研究了间隙宽度和空腔深度对迷宫密封泄漏量的影响,提出了4种不同尺寸的迷宫密封结构,分别得到在不同模型下泄漏量与压差之间的变化规律,其中模型D有效减少了迷宫密封的泄漏量,提高了密封性能。     

汽轮机叶顶间隙汽封内泄漏流动的数值研究

采用计算流体动力学软件分析某汽轮机高压级叶顶汽封内的泄漏流动特性及泄漏流在级后与主流的掺混过程,并比较有无汽封情况下间隙流场的气动性能。结果表明:汽封间隙内充满复杂的涡运动,使泄漏流的动能得到充分的耗散,且齿数增加可使耗散更加充分;增加叶顶汽封装置可有效降低级后间隙泄漏流与主流的掺混损失,增加汽封齿数能够在一定程度上削弱级后掺混带来的流动影响。     

新型矿用排水泵入口段口环密封结构优化研究

以某型号矿用排水泵入口段口环密封为研究对象,采用数值仿真方法,研究排水泵迷宫密封内部流动特征,分析迷宫密封结构尺寸与形状对其泄漏量的影响。结果表明:迷宫的间隙尺寸对密封性能的影响最大,间隙宽度和节流齿宽度的变化将导致泄漏量的大幅变化;相比直齿结构迷宫密封,异形齿结构有利于湍流充分发展,从而可以提高密封性能;通过分析复杂迷宫密封的内部流场,得到适用于排水泵的优化的迷宫密封结构。     

蜂窝密封流场和泄漏特性的实验研究

利用烟线法,显示了蜂窝腔中空气的流动情况,揭示了蜂窝腔中旋涡的结构特点。表明在相同的入口条件下,间隙越小,进入蜂窝腔的气流与水平面的夹角越大,且旋涡体积越大、中心位置越靠近底面。同时,在不改变实验其它参数的情况下,改变蜂窝的深度,通过实验观察蜂窝密封的泄漏量。结果表明,在不同的入口压力情况下,蜂窝深度与蜂窝对边距的比值为0.52左右时,蜂窝密封的泄漏流量最小。