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.     

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.     

性能卓越的刷握式密封

分析了传统迷宫密封的缺点及破坏机理，介绍了一种新型的高性能刷握式密封的结构、性能及应用情况，并与迷宫密封作了对比。     

蜂窝密封泄漏流动特性影响因素的数值研究

采用RNGk-ε两方程紊流模型和Simple算法,利用Fluent软件对蜂窝密封内的三维流动情况进行了数值模拟,从压比、蜂窝芯格尺寸、蜂窝深度、蜂窝壁厚等因素分析蜂窝密封的泄漏流动特性.结果表明:蜂窝密封特殊的六边形蜂窝结构可以将泄漏流分割成许多小涡流,气体在蜂窝腔中呈逆时针螺旋式三维紊流运动;随着压比的增大,蜂窝密封泄漏量增加,压比越大,泄漏量增加的趋势减缓;蜂窝芯格尺寸小,泄漏流被分割成小涡流的个数多,密封间隙摩阻效应大,泄漏量减少;蜂窝深度增大,泄漏量减少,蜂窝深度大于4 mm时,泄漏量减少的趋势减缓;随着蜂窝壁厚的增加,泄漏量略有减少.     

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。     

刷式密封流动与换热及力学特性的研究进展

刷式密封以其优良的封严性能和稳定的转子动力特性而被广泛应用于透平机械领域.首先简要介绍了刷式密封的封严机理和性能优势,然后对刷式密封在泄漏流动特性、摩擦热效应和传热特性、接触力特性和迟滞效应3个方面的研究现状和最新进展进行了综述,包括相关的实验研究、数值模拟以及理论分析等.最后根据现代高性能透平机械对密封技术的发展需求,展望了刷式密封技术的进一步研发方向.     

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。     

考虑摩擦热效应的刷式密封性能仿真研究

建立包含转子的刷式密封三维理想切片模型,通过商用ANSYS系列软件计算了不同工况条件下刷式密封与转子的温度场分布情况,在热分析基础上进行了刷式密封热-结构耦合分析.结果 表明:随着上下游压差增大,刷式密封泄漏量逐渐增大,刷式密封泄漏量随着转子转速的增加呈微弱的下降趋势;在工作开始阶段的温升过程中,刷式密封的最高温度随着...     

高速旋转的汽轮机隔板密封内流体流动的模拟

采用数值求解粘性Navier-Stokes方程,研究考虑轴旋转效应的汽轮机高低齿迷宫式隔板密封内流体流动特性及其影响因素.采用有限体积方法离散控制方程,紊流模型采用标准κ-ε两方程模型进行求解.数值模拟了三种齿间距下不同压比时的高低齿迷宫式隔板密封内部的流场特性,并且计算了相应的无量纲流量系数.计算结果揭示了隔板密封内由于环形腔室和高低齿的作用导致密封内流体的动能有效地耗散为热能,起到了密封的作用.研究结果表明：在相同的几何结构下,压比的增加导致密封泄漏量的减小;在相同的压比条件下,密封的泄漏量随着齿间距的减小而减小.图6参4     

蒸汽轮机抽汽口流场的数值模拟

用数值模拟的方法对大功率蒸汽轮机抽汽口(从通流部分到抽汽管)的流场进行了研究,给出了流场模拟的数学模型及其解法。详细描述了从通流部分到抽汽管的各段内流场的结构。指出：由于抽汽的影响,在通流部分外径处抽汽缝进口前壁的位置形成了一个惯性涡区,相对于抽汽道其它部分来说,该旋涡区所造成的流动损失最大;在通流部分不但出现了参数的径向不均匀分布,也出现了参数的周向不均匀分布;集气室内形成了一对旋转方向相反的螺旋涡,并将计算结果与实验结果进行了比较。     

汽轮机抽汽缝宽度对邻近透平级流场的影响

用数值模拟的方法对汽轮机抽汽口前透平级、抽汽口和抽汽口后透平级的流场进行了研究,介绍了流场模拟的数学模型及其解法.描述了不同抽汽缝宽度时抽汽缝内和抽汽口透平级的流场结构.指出：抽汽使得抽汽缝内形成了一个惯性涡区,改变抽汽缝宽度将明显改变抽汽量和抽气口透平级内沿叶高的压力和速度分布;在抽汽量不变时,增大抽汽缝宽度,会使惯性涡区的尺寸加大而涡强度减弱;在抽汽端压差不变时,增大抽汽缝宽度将使抽汽口前透平级的轴向推力和扭矩增大、并降低抽汽口前后透平级的轮周效率,同时降低了整个抽汽道内的流动阻力.图10表2参6     

粗糙度对汽轮机喷嘴内流动影响的研究

汽轮机通流部分结垢会造成叶片粗糙、叶道截面改变,从而使汽轮机的经济性降低,严重时可能导致叶片损坏事故。以某300MW汽轮机高压级喷嘴为研究对象,利用基于有限元的有限体积方法,采用k-ε湍流模型对喷嘴内流动情况进行三维数值模拟。分析了粗糙度常数和粗糙度高度的影响情况,并将表面光滑时的模拟结果与理论计算结果进行对比验证。通过改变叶片的表面粗糙度来模拟汽轮机内不同程度的结垢情况,以分析叶片结垢对汽轮机喷嘴流动的影响。引入总压损失系数来分析粗糙度对喷嘴内损失的影响。     

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.     

汽轮机动叶顶部间隙泄漏流动特性的数值模拟

以一个小展弦比轴流透平级为研究对象,采用数值方法对不同动叶顶部间隙情况下的间隙泄漏流动进行了分析,研究了间隙流和间隙涡的形成、发展及其对透平级性能的影响.以三维流线和极限流线为手段,分析了6种间隙尺寸下动叶顶部的泄漏流和泄漏涡造成的损失及其与主流掺混的过程.结果表明:动叶顶部间隙两侧压力面和吸力面之间的压力差使汽流从压力面被吸入间隙,跨过叶顶,进入相邻叶栅通道的吸力面,导致泄漏流动;与无间隙的情况相比,叶顶间隙的存在使上端壁处的流场发生明显变化,引起损失迅速增长;随着间隙的增大,泄漏涡的产生位置提前,强度增大,从而导致更大的流动损失.     

600MW汽轮机组高压联合进汽阀变工况内部流场的特性分析

采用数值模拟方法对某600 MW汽轮机高压联合进汽阀的内部流动进行了分析.通过求解全三维N-S方程和k-ε湍流模型,得到了阀门内部的流场特性.在3种不同负荷下对主汽阀全开、调节阀阀门不同开启顺序时的流场进行模拟,并分析了流动损失产生的机理.结果表明:调节阀B的流量比调节阀A大,流动状态比调节阀A好;先开启调节阀B后开启调节阀A时,各截面的压损小,各阀门的流动状态好.     

汽轮机叶顶间隙内非定常流动的数值分析

为了分析叶顶间隙泄漏涡的影响范围、运行轨迹和强度的变化规律,以某汽轮机高压级为研究对象,采用SSTκ-ω湍流模型,应用PISO算法对叶项间隙内的非定常流动进行了数值模拟．结果表明：叶顶间隙泄漏流是有规律的周期性的非定常流动,泄漏涡的影响范围、运行轨迹和强度随时间和叶顶间隙的变化而变化;泄漏流对主流的影响呈现出从弱到强、再从强到弱的周期性变化规律;叶顶间隙泄漏涡在丁／4时刻的强度和影响范围均达到最大,在T／2时刻,静叶脱落涡和动叶吸力面前部的泄漏涡混合形成新的涡系,而动叶吸力面后部的泄漏涡却与其边界层的脱涡混合,离开吸力面．