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。     

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。     

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。     

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.     

刷式汽封内部流动及泄漏特性的数值研究

采用数值求解三维Navier-Stokes方程技术,研究了不同因素(如背板高度、径向间隙等)对刷式汽封内部流动特性的影响。提出了改进的刷式汽封模型,数值分析了5种刷式汽封模型压力分布、速度场及泄漏量情况。结果表明:随着背板高度的增加,3种不同进口压力下的泄漏量都随之增加;蒸汽泄漏量随着刷束厚度的增加反而降低;蒸汽泄漏量与径向间隙成正比例关系。模型5较其它4种刷式汽封模型背板径向压力低,但刷束区蒸汽流速大,泄漏量明显高于其它刷式汽封。     

基于流固耦合方法的刷式密封刷丝变形及接触力特性的数值研究

采用基于非线性Darcian多孔介质模型的三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程耦合Finite Element Method(FEM)接触模型的数值方法,建立了考虑了泄漏流体气动力、刷丝间摩擦力和刷丝与前后夹板间的相互作用的刷式密封刷丝变形及接触力特性的预测模型。对比分析了单级和两级刷式密封的刷丝变形量及其与转子面的法向接触力和摩擦力随压比的变化特性,探究了刷丝直径、刷丝倾斜角和干涉量对刷丝与转子表面接触力的影响规律。结果表明:压比由1.1变化到4.0时,单级和两级刷式密封的刷丝变形量、刷丝与转子面的法向接触力和摩擦力均随压比的增大而增大;在相同压比条件下,两级刷式密封上游级和下游级刷丝与转子面的法向接触力较单级刷式密封分别可降低55%和32%;刷丝与转子面的法向接触力和摩擦力随刷丝直径、刷丝倾斜角和刷丝束与转子面干涉量的增大而增大。当刷丝直径小于0.08 mm,干涉量小于0.1 mm,刷丝倾斜角在30°～45°之间时,可有效降低刷丝与转子间的法向接触力和摩擦力。     

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.     

光轴迷宫密封泄漏流动特性影响因素的数值研究

采用数值求解三维粘性Reynolds-Averaged Navier-stokes(RANS)方程技术,研究汽轮机低压光轴迷宫式隔板密封内泄漏流动特性及其影响因素。采用有限体积方法离散控制方程,标准k-ε紊流模型封闭求解方程组,同时考虑轴的旋转效应。针对典型的光轴整体加工尖齿隔板密封,分别数值研究了相同的轴向距离和径向间隙下三种齿间距在不同压比下的泄漏流动特性,计算了相应的无量纲流量系数。计算结果显示出迷宫隔板密封与轴之间的环形腔室内三维涡流使泄漏流动的动能有效地耗散成热能,起到了密封的作用。研究结果表明在相同的几何尺寸下迷宫隔板密封的泄漏量随着压比的减小而增大,在相同的压比条件下,泄漏量随着密封齿间距的减小而减小。本文的研究工作对合理有效地设计迷宫式隔板密封提供一定的理论依据和技术支撑。     

基于FLUENT的某型燃气轮机迷宫密封机理研究

针对影响透平机械中旋转迷宫密封泄漏特性的3个因素:密封间隙、压比、转速,以某型燃气轮机的隔板迷宫密封为研究对象,数值研究了各个因素对迷宫密封泄漏特性的影响规律,计算分析了该迷宫密封在不同工况下的泄漏特性。研究结果表明:随着转子转速的增加,迷宫密封泄漏量减小;相同密封间隙下,泄漏系数随着压比的提高而近似线性增加;相同转速下,泄漏量随着密封间隙的减小而减小,且泄漏量减小的速度越来越慢。     

迷宫密封流场和泄漏量的数值分析与研究

应用Fluent计算软件采用标准k-ε湍流模型求解迷宫密封三维流场,研究了涡动转子在不同压比和偏心位移下密封腔室内的流场特性.进一步讨论了转子涡动速度、进出口压比和偏移位移对迷宫密封泄漏量的影响.研究发现,涡动速度越大对密封泄漏量的影响也越大,随着涡动速度的增加密封泄漏量降低;不同的进出口压比使密封中流体的轴向流速不同,当轴向流动速度达到跨音速以上时,密封泄漏量特性发生明显变化,此时密封泄漏量达到最大;密封转子的径向偏移量会增加密封的泄漏量.为了能在工程实际中更快更好地计算迷宫密封泄漏量,进一步修正和完善了Egli密封泄漏量经验计算公式,完善后的计算公式对迷宫密封工程设计及运行具有一定的意义.     

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。     

汽轮机密封技术的应用和发展

汽轮机的汽封是汽轮机的重要部件,汽轮机汽封的密封性能将直接影响到汽轮机汽封的蒸汽泄漏量,进而影响汽轮机的机组热效率。根据各种汽封结构型式的密封机理,分析和比较了现有各种汽轮机汽封的密封性能,并展望了汽轮机密封技术的发展前景。特别是最近十几年美国布兰登工程公司研制并在世界范围内得到广泛应用的布兰登式可调汽封,布兰登式可调汽封能够提高汽轮机机组运行的安全性和可靠性及显著提高汽轮机热效率,但是在中国应用布兰登式可调汽封时出现了汽封锈蚀和弹簧塑性变形问题。     

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％．     

注蒸汽对涡轮增压器的影响

水蒸气与燃气混合后的混合气体注入涡轮后,涡轮增压器会出现运行状态的变化。经对注蒸汽后的涡轮增压器进行了热力学的分拆,认为：汽气比的增大使增压器的转速、压气机空气流量和压气机压比增高;注汽温度对压气机压比有较小影响;低工况时,水蒸气的注入使涡轮的折合流量、膨胀比皆增大;在高工况时,膨胀比、折合流量能够增大的幅度减小：不同的汽气比对涡轮效率特性曲线影响较小。     

迷宫密封转子动特性三维CFD数值的研究

1引言旋转机械转子系统中的非接触密封在阻止流体泄漏的同时,还会产生重要的流体激振力,影响转子振动稳定性。与动压滑动轴承的油膜类似,密封中流体膜(汽膜、水膜或油膜)动力特性中的交叉刚度k是促使转子做非同步低频涡动的激振力来源,直接阻尼C可以生成对这种低频涡动的抑制力     

汽轮机转子涡动汽流激振力分析与CFD数值模拟

汽轮机转子涡动时轴心偏离静子中心产生轴系失稳的Thomas/Alford汽流激振力,传统的叶顶间隙激振力公式对此不能全面准确评估。该文综合考虑转子涡动以及围带汽封二次流,在动叶通道,根据蒸汽做功分析涡动效应激振力;在叶顶围带汽封,用CFD数值模拟泄漏蒸汽三维粘性流场,确定蒸汽激振力。研究结果表明小的静偏心和动偏心条件下,转子涡动动偏心在动叶通道诱发的激振力要大于静偏心激振力;围带汽封汽流预旋速度对间隙激振力有重要影响;调门不对称进汽也是蒸汽激振力的另一个重要来源。     

150 MW汽轮机高压缸级内流场的数值模拟

采用Numeca软件对带隔板汽封和叶顶间隙汽封的高压缸二、三级叶栅流动进行了数值模拟,并与不带汽封的二、三级叶栅流场进行了比较.结果表明,汽封泄漏损失使级效率显著下降,汽封出口处的低能流体使端壁的附面层变厚,端壁摩擦损失增大;隔板汽封出口处的气体周向速度较小,导致了较大的负攻角流动,它与下排叶栅的横向流动相结合大大促进了下通道涡的发展.     

国产50MW汽轮机轴端汽封的改造

针对两台国产50MW汽轮机轴端阔气汽封严重漏汽、冷凝器真空偏低问题。根据计算汽封漏汽量公式,结合该机轴端汽封系统的运行状况和原汽封的结构参数（齿型、齿数）及安装间隙,分析了诸多影响汽封漏汽量的因素,找到了存在问题的根本原因。改造了原轴端汽封的结构、材料及其安装间隙要求。经实践运行验证,存在问题得到解决,节能降耗明显。