前缘倒角对涡轮轮缘密封性能的影响

研究转子叶片前缘倒角结构对涡轮轮缘密封性能的影响机制,在不同封严流量下,对转子前缘带倒角和不带倒角的轮缘密封装置进行数值模拟。研究结果表明：转子前缘倒角结构通过改变前缘附近压力势场从而对主流燃气入侵和封严出流冷气与主流的干涉产生影响。增加倒角结构有利于减弱主流高温燃气入侵的程度,在低封严流量下,最大可使得涡轮盘腔封严效率提高7%;倒角结构削弱了由封严间隙涡和马蹄涡形成的通道涡强度,降低封严冷气与主流干涉造成的气动损失。当封严流量为主流流量的1.3%时,带倒角装置的涡轮级气动效率增大2.1%。     

径向封严腔几何参数对涡轮性能影响的数值研究

为了研究径向封严腔几何参数对涡轮性能的影响,对转/静叶片之间带有封严腔的某高负荷单级涡轮进行了三维定常数值模拟。结果表明,径向间隙和轴向间隙对气动效率的影响程度大于轴向重叠度,几何参数改变导致轮毂二次流损失的变化是影响气动效率的主要因素。轴向间隙对封严效率的影响最大,径向间隙次之,轴向重叠度最小。气流在发卡弯加速后膨胀形成的大尺度旋涡,是轴向间隙能够产生较好封严效果的物理原因。     

径向封严腔几何参数对涡轮性能影响的数值

为了研究径向封严腔几何参数对涡轮性能的影响,对转/静叶片之间带有封严腔的某高负荷单级涡轮进行了三维定常数值模拟。结果表明,径向间隙和轴向间隙对气动效率的影响程度大于轴向重叠度,几何参数改变导致轮毂二次流损失的变化是影响气动效率的主要因素。轴向间隙对封严效率的影响最大,径向间隙次之,轴向重叠度最小。气流在发卡弯加速后膨胀形成的大尺度旋涡,是轴向间隙能够产生较好封严效果的物理原因。     

燃气透平轮缘密封流动特性和气动性能

轮缘密封是二次空气系统的重要组成部分,能有效抑制燃气入侵盘腔,但过量的封严冷气进入主流会显著影响透平气动性能。采用数值求解三维非定常雷诺时均纳维斯托克斯(URANS)方程组和剪切应力传输(SST)k-ω湍流模型的方法研究了燃气透平轮缘密封流动特性和气动性能。数值模拟得到的轮缘密封封严效率与实验数据吻合良好,验证了数值计算方法的可靠性。研究了3种封严冷气量下的透平轮缘密封的封严效率和气动性能,分析了透平静动盘腔的流场结构和燃气入侵与冷气出流特性。仿真结果表明：在所研究的3种封严冷气流量下,轮缘密封内腔完全封严,较小的封严冷气流量能使末级透平轮缘密封达到较高封严效率;在最小冷气流量时外腔动盘面平均封严效率比静盘面高4.4%。对于末级透平,主流周向压力不均匀分布导致的外环诱导入侵占主导,且动叶前缘附近压力场对燃气入侵的影响大于静叶尾迹压力场。封严冷气质量流量比每增大1.0%,透平级总总效率降低约1.0%,相对动盘壁面封严效率的影响,封严冷气流量对动叶气动性能的影响更大;出流冷气的流动方向相对主流在切向上滞后,使掺混气流以负攻角冲击动叶吸力面前缘,吸力面前缘压力增大。该工作可为轮缘密封流动特性...     

涡轮轮缘密封非定常主流入侵特性的数值研究

采用附加示踪变量的方法,通过数值求解URANS和SST紊流模型的方法研究了轮缘密封非定常燃气入侵特性和封严效率,计算了不同冷气量下定常和非定常时均径向轮缘密封的封严效率,并与实验值进行了比较,验证了非定常数值方法研究轮缘密封燃气入侵特性的有效性,对比分析了径向和径向-轴向轮缘密封中等冷气量下定常和非定常的燃气入侵特性。结果表明:静叶尾迹和动叶前缘附近的压力势场的非定常干涉效应及盘腔中非定常的压力分布会强化主流燃气入侵;相比非定常计算,定常分析会低估轮缘密封的燃气入侵量及燃气入侵对盘腔流场的影响;相比径向轮缘密封,径向-轴向轮缘密封可以显著提高涡轮盘腔的封严效率。     

1.5级涡轮轮缘密封燃气入侵特性的数值研究

通过雷诺应力湍流模型(SST)求解三维URANS(unsteady Reynods-averaged NavierStokes)方程组,研究了1.5级涡轮双重径向轮缘密封的非定常封严特性,采用附加变量法研究了主流入侵程度,数值模拟获得的动叶前、后腔时均预旋比和静压系数与实验数据吻合,验证了1.5级涡轮动静交界面设置和数值方法的有效性,并在此基础上研究了变工况对动叶下游压力分布与后腔封严效率的影响规律。结果表明:后腔轮缘密封的封严效率高于前腔;后腔上游主流周向压差的开方与主流流量系数成正比;冷气量不变时,随着主流流量的增大,后腔的封严效率逐渐降低至0.4后变化趋缓。     

径向轮缘密封封严效率的数值研究

通过SST湍流模型求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程组,研究了涡轮径向轮缘密封封严特性,采用附加变量法研究了主流入侵程度,数值计算获得的主流通道压力及轮缘密封封严效率分布与实验数据吻合良好,在此基础上研究了几何结构参数对涡轮径向轮缘密封的封严性能的影响规律。结果表明:径向轮缘密封封严效率随着密封内齿长度的增加而升高,随着径向间隙尺寸的减小而升高;密封径向内齿向下倾斜时,密封封严效率提高;与径向内齿安装在静盘侧相比,安装在动盘侧时的密封封严效率更高;密封的轴向及径向等几何参数一定时,采用迎风齿结构可以提高径向轮缘密封的封严性能。     

涡轮导叶位置对封严效率预测模型的影响

为研究涡轮导叶位置对燃气入侵的影响,对预测涡轮盘腔封严效率的降阶模型进行优化.采用数值模拟的方法和回归分析法,分析不同导叶位置下外环压力场的变化规律;并以计算数据和文献实验数据为基础,优化预测模型中与外环流动状态相关的参数.结果表明,模型中控制外环雷诺数的参数与导叶和封严间隙的相对位置存在正相关的线性关系.     

涡轮轮缘密封封严效率的数值研究

采用三维RANS方程组和SST湍流模型研究了涡轮轮缘密封的封严效率。以实验用模型透平航空发动机涡轮轮缘密封为对象,计算了轮缘密封封严效率,计算结果与实验结果吻合良好,从而验证了数值方法的可靠性。在8种冷却气流流量下,研究了3种不同动静叶轴向距离和轮缘密封轴向位置的封严效率的变化特性,结果表明:在所研究的轮缘密封结构下,随着动静叶轴向距离的增大,主流入侵流量降低,封严效率升高;动静叶轴向距离一定时,轮缘密封轴向位置越靠近静叶,则主流入侵流量越大,封严效率越低。     

冷却孔布置对透平转静腔室性能影响的数值研究

采用SST湍流模型数值研究了透平第二级转、静腔室的流动与封严特性,分析了冷却孔布置对腔室内的流动、冷却效率以及主流燃气入侵特性的影响。研究表明:冷却孔的位置对上游腔室内的流动影响较大,对下游腔室基本无影响;冷却孔距离上游越近,上游腔室的旋流比越大,级间密封进口的旋流比越小,密封进、出口压比越小,相应的流过级间密封的质量流量越小,上游轮缘密封的燃气入侵量越小,上游腔室转、静壁面的冷却效率就越大;下游轮缘密封出流的旋流比越小,相应的主流通道的流动损失越大,但冷却孔位置对下游腔室内的旋流比和壁面冷却效率的影响很小;随着冷却空气流量的增加,3种冷却孔布置下上游腔室壁面冷却效率的差值减小。     

高低齿迷宫气封在汽轮机级中应用的数值研究

为了研究迷宫汽封应用于实际结构的汽轮机中的流动特性及密封机理,采用商业软件CFX数值模拟了带有平衡孔和迷宫密封结构的某汽轮机高压一级半汽轮机内部流动。以第八级静叶隔板汽封为例,详细分析了所采用的高低齿迷宫气封的流动特性及密封机理。结果表明:在静叶隔板中应用转子带台阶的高低齿迷宫气封,与直通型迷宫气封相比,使泄漏气流发生多次折转,产生数量众多的大涡拟序结构与杂乱无章的小涡旋,强化了泄漏气流的动能耗散,从而明显增加了静叶隔板的密封性能。优化匹配迷宫气封的转子台阶、长短齿与大小间隙,能够进一步提高迷宫气封的气动性能。     

蜂窝密封技术在空分增压机级间密封上的应用

针对内蒙古某煤化工厂空分增压机组在生产过程中存在的推力轴承瓦温度偏高等问题,提出了对增压机级间密封进行整体蜂窝技术改造的方案。通过对级间密封结构优化前后叶轮端面轴向受力变化的理论分析及利用计算流体动力学（CFD）软件进行仿真验证,得出级间密封的失效是引起转子轴向力变大的主要原因,并对增压机级间密封进行了蜂窝技术改造。改进后的级间密封结构使得增压机级间串气量减小,叶轮两侧高压气体压力差有所降低,各级压缩效率得到提高,解决了推力轴承瓦温度偏高和气体出口压力不足等问题。蜂窝密封技术在空分增压机级间密封上的成功应用,为解决高速离心压缩机轴向力过大这一问题提供了新的有效方案和改进措施,值得进一步应用推广。     

空气系统转静腔室轴向力计算与试验研究

燃气轮机转子的轴向推力是燃机总体设计的重要指标之一。燃机转子轴向推力必须保持在一个合适的载荷范围内,即作用在轴承上的轴向推力大小合适且不换向。因此,对空气系统转静腔室轴向力展开计算与试验研究,开展空气密封系统流体网络计算,揭示转-静盘腔气体轴向力产生机理,将转-静盘腔气动推力与转子支承系统解耦,提出一种转-静盘腔气动轴向推力的直接动态测试方法,搭建了转-静盘腔轴向力机理试验台,开展不同压差与不同转速下的转-静盘腔轴向力测试,并利用理论计算与仿真计算对试验结果进行验证,结果表明轴向力直接测试方法准确、可靠。以上研究结果对揭示燃气轮机转-静盘腔轴向力产生机理,明确影响燃机高压转子轴向力大小与方向的关键因素具有重要意义。     

飞力ITT潜水搅拌器机械密封腔强化流动特性分析

利用Fluent流场分析软件,建立了机械密封强化流动密封腔和普通密封腔流场模型,对比分析了两种密封腔内流场特性;并采用正交试验,综合考虑叶轮结构对密封腔内流场特性的影响,分析了以搅拌功率为优化对象时叶轮结构参数的优化组合。结果表明：叶轮能够增强密封腔内流体的流动效果,减小密封腔内流动死区面积,增大强制涡流区域面积;叶轮外径对密封腔流场特性的影响程度最大,叶片倾角最小。     

基于特殊螺纹密封完整性的三轴设计系数研究

针对高温高压气井完井油管柱密封完整性问题，开展了基于88.90 mm×6.45 mm 110SS材料油管一种气密封特殊螺纹密封完整性分析的管柱三轴设计系数研究，研究中采用了API RP 5C5—2017国际标准螺纹性能试验评价方法，进行了高温和室温环境下A系全包络线载荷密封实验评价。基于气密封能判据，采用有限元模拟分析了不同VME（冯米塞斯等效应力）全包络线载荷2次循环工况的密封能和密封能倍数的变化规律并确定了危险载荷点。结果表明，通过API标准密封完整性实验评价的气密封特殊螺纹连接，需采用有限元进一步分析包络线载荷循环密封能及密封能倍数的变化规律，确定这种螺纹连接安全适用范围；同时开展了3种VME全包络线载荷2次循环后密封适用性分析，确定了高温和室温两种环境下螺纹安全适用包络线载荷范围及合理的三轴安全系数，并完成了1口高温高压气井完井油管柱安全分析和现场应用。提出的研究方法为管柱三轴设计安全系数的确定提供了有益指导。     

密封液体流动特性对磁液密封界面的影响

水轮机轴部应用磁性液体密封时,存在密封转速低、不稳定等现象,密封液体流场特性对密封失效有重大影响.基于数值计算的方法,对比了磁性液体动、静密封时密封液体的流场特性,并进行了实验验证.结果表明,密封压力对密封液体流场影响较小,轴转速对密封液体流场影响较大.该结论可为设计水轮机主轴的磁性液体密封装置提供理论指导.     

三惰轮复合齿轮泵密封块瞬态径向力分析

通过对具有3个惰轮的定轴轮系复合齿轮泵各齿轮齿顶圆与密封块间的压力分布规律的分析,求出各齿轮与密封块间的液压油对密封块产生的液压力合力。由分析结果可知,3惰轮复合齿轮泵中,作用于密封块上不平衡的液压合力较小,由于复合齿轮泵的内啮合密封较长,密封效果较好,而外啮合密封线较短,其密封性能较差,因此,少量的不平衡液压合力将密封块压向中心轮的排油腔,从而得出较小的不平衡液压合力有利于改善复合齿轮泵的密封效果等结论。