不同封严冷气流量下高压涡轮轴向轮缘密封非定常封严特性研究

高压涡轮轮缘密封特性会直接影响高压涡轮性能。本文采用经过实验数据验证的高精度数值方法研究了封严冷气流量对高压涡轮轴向轮缘密封非定常封严特性的影响。研究表明:盘腔封严效率随着封严冷气流量的增大呈现增加的趋势,但其提升率随封严冷气量进一步增加而减小;封严冷气出流会影响涡轮端壁处流场的不均匀性,其对封严间隙处涡轮周向静压力分布的不均匀性影响很大;转子的旋转使得导叶尾缘与动叶前缘的相对位置出现“脱离–交互”现象,从而导致燃气入侵区域发生对应的“分离–融合”。在封严间隙内,入侵燃气与封严冷气相互作用会形成燃气入侵涡(GIV)以及混合诱导涡(MIV),其径向位置、大小、强度和周向分布规律会直接影响高压涡轮轴向轮缘密封非定常封严特性影响。封严冷气流量通过影响MIV的径向位置和大小会影响封严间隙内的封严效率;封严冷气流量通过影响GIV在周向上的分布规律和强度从而影响封严间隙处端壁流场的周向不均匀性和燃气入侵的非定常过程。

轮毂封严对涡轮端区流动影响的数值研究

为了研究轮毂封严对涡轮端区流动的影响,对转/静叶片之间带有封严腔的某单级涡轮进行三维定常数值模拟。结果表明,封严流量对涡轮效率影响较大,2.0%的封严流量使涡轮级效率降低约1.6%;封严气流受到转子前缘位势场的影响,与主流在径向上存在着动量差,两股气流在转子进口处相互剪切形成剪切诱导涡。剪切诱导涡对轮毂通道涡的贡献较大,是端区二次流损失的主要来源。采用与转子旋转方向相同的喷射方向并增大喷射角度对减小攻角损失以及封严气流与主流的掺混损失是非常有利的。