透平机械密封技术研究进展

对现代透平机械的密封技术研究进行了综述,重点介绍了透平机械中广泛应用的迷宫密封、蜂窝密封和刷式密封技术的密封原理、结构形式和国内外研究现状.对透平机械密封技术的泄漏流动、传热特性以及动力学特性的研究方法和研究结论进行了讨论,介绍了西安交通大学叶轮机械研究所TurboAero研究小组在透平机械密封技术方面的具体研究工作.展望了透平机械密封间隙泄漏流动传热以及汽流激振的研究和发展方向,为提高我国透平机械密封技术的整体设计水平和运行经济性提供有益的技术参考.     

孔型密封泄漏特性影响因素研究

采用计算流体力学方法研究孔型密封的泄漏特性,特别是孔形和面积比对泄漏特性的影响。结果表明:随转速增加泄漏量减小,随压比增加泄漏量增大并趋稳,最大压比的泄漏量为0.118 kg/s;相同面积比与孔数下,圆孔密封性能最好,蜂窝孔(六边形)次之,矩形孔最差;且传统蜂窝密封性能优于六棱台形式的蜂窝密封,泄漏量减小10.61%;随孔深增加泄漏量减小并趋稳,最大孔深的泄漏量为0.114 kg/s;面积比增加有利于提高密封性能;改变蜂窝孔对边距比减小壁厚对密封性能更有利。     

透平机械旋转密封试验台设计和数值验证

文章针对透平机械旋转密封的性能试验要求,设计了迷宫密封试验台。所设计的试验台最高转速是8 000 r/min。在此基础上,采用商用CFD软件CFX对所设计的旋转密封试验台进行了详细的数值研究。数值研究结果表明所设计的旋转密封试验台可以满足对密封性能的试验要求。     

透平机械转子组装件有限元接触强度计算

根据组装件与整体件的不同,分析了组装件在高速旋转下的零件变形或加工误差,造成接触面不完全接触及受力不均,导致实际与理想状态下的应力分布较大差异,尤其在应力集中处,有时会影响零件强度的安全性判断。计算反映了运行状态的实际情况,并经多次工程应用均安全可靠。     

贯通式袋型阻尼密封动力特性影响因素研究

采用计算流体力学(computational fluid dynamic,CFD)方法建立了贯通式袋型阻尼密封(fully partitioned pocket damper seal,FPDS)三维数值模型,并研究密封齿数Nb、密封齿厚度b及主/副腔室长度比λ对密封动力与泄漏特性的影响。结果表明：FPDS有效阻尼Ceff与直接刚度K的频率依赖性较高,直接阻尼C与交叉刚度k的频率依赖性较低且随着涡动频率的增加而降低;有效阻尼Ceff随齿数、密封齿厚度的增加而增大,而主/副腔室长度比对Ceff影响相对较小,在研究工况范围内,Nb=12时Ceff最高,较原始模型平均提高约12.69%,密封齿厚度b=5.048 mm时有效阻尼Ceff为原始模型的111%~138%,当主/副腔室长度比λ=5.1时有效阻尼Ceff仅为原始模型95%~105%;FPDS泄漏量随密封齿数减小而急剧增加,且主/副腔室长度比λ存在最佳值(λ=1)使密封泄漏性能最优,而密封齿厚度对密封泄漏量影响较小。     

孔型气体密封转子的动力特性研究

采用基于两控制客积Bulk Flow理论和可压缩理想气体模型开发的计算程序对孔型密封转子的动力特性进行了分析,计算了在不同进口预旋、密封间隙和孔深时孔型密封转子的动力特性系数,并将其与已有的实验数据进行了比较.结果表明:增大进口预旋会使有效刚度和有效阻尼减小,交叉刚度增大,对转子稳定性不利;过大或过小的密封间隙尺寸均对孔型密封的总体性能不利;孔型密封的有效刚度和穿越频率对孔深的变化不敏感,但有效阻尼随孔深的减小而显著增大.计算结果与实验值吻合良好.     

计算透平机械临界转速及转子动态稳定性的改进方法

近年来通常使用的预测围子动态稳定性及临界转速的许多计算机程序是以Myklestad,Prohl及Lund的论著为依据的,这种类型的程序称作传递矩阵程序,当模型包括阻尼及交叉耦合时使用了复变量。大多数程序使用了迭代法,但有时在某些临界转速外其收剑精度不够,并且已经发现在时完全全丢失临界转速,本文通过对传递矩阵程序中所作计算的调整,导出了一般无临界转速丢失的复杂转子一轴承系统的特征多项式,转子和轴承／基础的模化过程是相同的,其中包括陀螺效应、阻尼的影响,以及按常规方法线性化的一个或全部不稳定影响,在已知特征多项式的情况下,就可以非常有效地进行临界转速的估算及稳定性的预测,并且不用担心会丢失任何模态,这种程序已经编制完成,本文对上述两种作了全面的比较。     

透平机械转子推力间隙和轴向定位尺寸的调整

本文详细介绍了美国通用电气公司MS9001E重型燃气轮机大修时转子推力间隙和轴向定位尺寸的检查和调整方法,总结了检修现场行之有效地调整的通用经验公式,通过典型实例说明了灵活应用调整方法的技巧,该调整方法也同样适用于其他各类透平机械。     

转子蜂窝密封封严特性的试验研究

为研究转子蜂窝密封的封严特性,设计制作了5种规格的蜂窝密封静子试验件和转子试验件,并在转子密封试验台上进行了蜂窝芯格尺寸、密封间隙、转子转速、蜂窝深度和密封压比对封严特性的影响试验以及蜂窝静子与篦齿轮盘和光滑轮盘组成密封结构时的封严特性对比试验,最后给出了试验研究结论。     

超临界二氧化碳扇贝阻尼密封动力稳定性研究

为研究超临界二氧化碳(Supercritical Carbon Dioxide, SCO₂)扇贝阻尼密封在不同工况下动力稳定性,建立SCO₂扇贝阻尼密封数值计算模型,分析进口压力、温度及转速对SCO₂扇贝阻尼密封动力特性及泄漏特性的影响。结果表明：直接复合刚度随涡动频率增加由正变负;交叉复合刚度随进口温度、压力增加而减小,随转速增加而增大;SCO₂扇贝阻尼密封的有效阻尼随进口温度、转速增加而减小,随进口压力增加而增大,进口压力为8.1 MPa时有效阻尼约为7.7 MPa时的1.7～2.9倍;扇贝阻尼密封直接复合刚度、有效阻尼整体上大于迷宫密封,稳定性高于迷宫密封,但泄漏量略高于迷宫密封。     

并列式扇贝阻尼密封动力特性影响因素研究

建立并列式扇贝阻尼密封三维数值分析模型,采用计算流体力学(CFD)方法,并基于动网格技术及多频椭圆涡动轨迹的密封动力特性求解方法研究进口压力、预旋比及转速对并列式扇贝阻尼密封动静特性的影响.结果表明:并列式扇贝阻尼密封的直接刚度随进口压力的减小、转速的增加而升高;在不同预旋比下,直接刚度均为负,不利于密封系统静态稳定....     

扇贝阻尼密封阻塞流动特性研究

为探明扇贝阻尼密封在不同阻塞状态下的静态稳定性,应用计算流体力学方法研究阻塞、非阻塞工况对扇贝阻尼密封静态刚度与气流力的影响规律。研究表明：阻塞工况下,不同错开角及中高长径比下密封气流力、静态刚度均随偏心率增加而降低,低长径比密封气流力在高偏心下较大;非阻塞工况下,不同错开角、长径比的密封气流力随偏心率增加而增大,高偏心率下静态刚度较小,非阻塞工况密封静态稳定性高于阻塞工况;由于进出口压差存在,使得扇贝阻尼密封马赫数在进出口两端增长较大,非阻塞状态进出口段马赫数变化幅度小于阻塞状态。     

透平机械CAD_CAM应用技术

本文介绍了英、美、日三国用于透平机械设计的CAD/CAM系统。根据这些系统对软件开发的总要求,提出了适用于燃气和蒸汽透平设计计算和满足绘图功能要求的十四类软件模块的设想。这些软件的研制、开发,能推动我国透平机械设计制造技术朝着CAD/CAM/NCM 方向发展。     

防振锤的动力特性分析

运用拉格朗日方程建立了系统运动方程,推导了防振锤固有频率的计算公式,并以FR-3型防振锤为例,计算了其固有频率.结果表明,FR-3型防振锤具有4个固有频率,可更好地用于防止微风振动,为进一步分析防振锤-输电线体系的动力特性提供了参考.     

State-of-the art CAPEX data for water electrolysers,and their impact on renewable hydrogen price settings

Within the framework of the Hydrogen Implementing Agreement (HIA) of the International Energy Agency (IEA), a new Task 38 was started early 2016, entitled "Power-to-Hydrogen and Hydrogen-to-X: System Analysis of techno-economic, legal and regulatory conditions". Within this framework, a specific task force was set-up for the compilation of state-of-the-art technical and economical data on large-scale water electrolyser systems, both based on PEM and alkaline technology. The objectives set forward have been twofold. Firstly, to offer policy makers and industry with comprehensive trends and guidelines for further electrolyser cost reduction (CAPEX, in Euro/kW) into the MW-scale. Secondly, to provide objective technological & economic arguments for converging towards a realistic electrolytic (and hence renewable) H₂ market price (in Euro/kg). This should help water electrolysis to become competitive with SMR technology for (local) H₂ production, and hence to start making H₂ a competitive fuel.     

超临界锅炉的特性与烟气分配挡板调温方法的应用

介绍了蒸汽温度对机组运行的重要性,超临界锅炉特性以及各种调温方法的适应性,说明烟气挡板分配调温方式是超临界锅炉调温方法的最佳选择。     

预旋对迷宫密封动静特性影响研究

建立迷宫密封实验装置与数值分析模型,研究进口预旋对密封系统静力与动力稳定性的影响,并以密封腔为单元对密封段转子受力进行分解,分析各密封腔在不同预旋情况下切向气流力变化影响。研究表明:各密封腔压力高点沿泄漏方向发生偏移是引起各密封腔切向气流力幅值及方向变化的原因;进口预旋可导致原压力高点发生偏移,其偏移方向与进口预旋方向一致,且越靠近进口偏移量越大;首个密封腔与其余腔室压力高点位置存在差异,导致其切向气流力随进口预旋比的变化趋势与其他密封腔相反;转子涡动将引起切向气流力整体偏移,但不改变进口预旋对各密封腔切向气流力作用效果;对于具有较多齿数的迷宫密封,正预旋将降低系统稳定性,而对于具有较少齿数的迷宫密封,正预旋有可能增加系统稳定性。