低滞后刷式密封泄漏流动数值模拟及结构优化

基于多孔介质模型,采用计算流体力学软件Fluent对常规、低滞后矩形及翼型3种刷式密封泄漏流动特性进行数值模拟,结果表明:相比于常规刷式密封,矩形刷式密封迟滞性并没有得到改善,翼型刷式密封在降低迟滞性的同时泄漏量却大大增加。为改进低滞后刷式密封的性能,提出背板轴向间隙的概念,并研究背板轴向间隙对低滞后刷式密封泄漏流动特性的影响,结果表明:在前后压比一定的条件下,泄漏量与轴向间隙成正比,而泄漏增加量与轴向间隙成反比,且均在轴向间隙较小时变化较明显;相较于矩形刷式密封,轴向间隙密封随着轴向间隙的增大,背板处压力值除在保护高度区域内略有提高外,在其他区域均明显下降,且轴向间隙由0增大到0.1 mm时的压力下降效果最明显。

保护高度对刷式密封泄漏流动影响的数值研究

基于多孔介质模型,采用计算流体力学软件Fluent对15种不同保护高度的刷式密封泄漏流动特性进行数值模拟,对得到的原始数据进行整理分析。结果表明:泄漏量与保护高度h成正比关系,当h<1.4mm时,随着保护高度的增大,泄漏量呈抛物线式增长;当h>1.4mm时,泄漏量呈线性增长,随着保护高度的增大,泄漏增加量呈下降趋势,且保护高度越大,下降幅度越小,在保护高度大于1.4mm后趋于平稳。保护高度与背板处刷丝压力分布值成反比关系,保护高度越大,压力分布值越小,低压辐射区越大,流体轴向速度越小,刷丝迟滞性影响越小。

混合刷式密封泄漏特性的数值研究

为分析某型号汽轮机改进的刷式密封结构的密封性能,采用non-Darcian多孔介质模型的Reynolds-averaged Navier-Stokes方程数值求解方法,对泄漏流动特性及转子表面、刷束自由高度和保护高度的压力、速度、湍流动能分布规律进行数值研究,并与迷宫密封进行相应的比较.结果表明:相同的间隙和压比下,混合刷式密封流场分布要比迷宫密封复杂,泄漏量明显小于迷宫密封;相同的结构和参数下,泄漏量随着压比的上升而增加;转子表面的轴向压力和湍流动能从进口到出口呈现阶梯状递减趋势,保护高度的径向压力基本趋于常数值;刷束径向速度和湍流动能随着压比的上升而增加,刷束下半部分和后挡板保护高度对泄漏特性影响比较大.研究结果为汽轮机刷式密封的结构设计,改善性能,提供了理论依据.

刷式汽封泄漏流动影响因素的数值研究

基于多孔介质模型,采用计算流体力学软件Fluent对3种压比条件下不同刷束厚度、径向间隙及槽深的刷式汽封泄漏流动特性进行数值模拟,对得到的数据结合软件Origin、Tecplot进行整理分析,结果表明:刷式汽封泄漏量与刷束厚度成反比例关系,同时随着刷束厚度的增大,压比变化对泄漏量的影响基本保持不变,以0.70 mm为分界点,下降幅度有所减小;刷式汽封泄漏量与径向间隙成正比例关系,且随着径向间隙的增大,压比变化对泄漏量的影响越来越明显,压降区域范围变大,流线偏转角增大,发生偏转位置沿轴向向上游移动;槽深对低滞后刷式汽封泄漏流动影响不大,工程实际中减压槽深度的确定仅需考虑刷丝与背板间的摩擦力、刷丝在工作时的弯曲度等。