整级透平中转静轮缘封严问题研究PartⅠ:封严与入侵

本文通过构建由一级动静叶组成的外流影响下的轮缘密封问题的实验和数值模型,针对燃气轮机透平转静轮盘间隙的封严与入侵问题开展了研究。其中第一部分主要关注燃气入侵的主要影响因素,入侵气体在腔室内部的分布规律和最小封严流量。结果表明:静叶尾缘的压力分布是造成燃气入侵的主要原因,即在主流的压力大于密封腔室内压力的区域会出现燃气侵入腔室,造成局部温度过高;主流压力小于腔室内部的压力区域,密封气体能够较好的封严转静间隙。入侵气体和封严气体的掺混主要发生在腔内高半径处并在高速旋转的动盘引发的夹带作用下深入腔室内部低半径处。因此在轮缘密封的结构设计中需要全面的考虑这些因素的影响。

整级透平中转静轮缘封严问题研究PartⅡ:不同封严结构的特性

本文通过构建由一级动静叶组成的外流影响下的轮缘密封问题的实验和数值模型,针对燃气轮机透平转静轮盘间隙的封严与入侵问题开展了研究。其中第二部分主要关注不同封严结构的特性。结果表明;复杂的封严结构能够避免主流和腔室内部气体的直接接触,增大主流入侵的沿程阻力和削弱主流的切向速度分量的影响。在本文的实验条件下,径向封严所需要的最小密封流量相较于轴向封严能够减少50%以上。

端壁侧向出流对透平轮缘密封的影响及优化

在燃气轮机的设计研究中,用于冷却静叶端壁的气体会有一部分从端壁的侧面沿轴向流出,这部分气体恰恰处在轮缘间隙密封流体和主流的交互作用区。采用数值模拟的方法研究了真实工况下端壁侧向出流与动静叶间隙密封流的相互影响,分析了其作用机理并在此基础上提出了一种新型的非均匀布置出流孔结构。结果表明端壁侧向出流能够抑制主流侵入涡系的大小和深度,当端壁侧向出流量Rm=10%能够将密封间隙冷却60~80K;新提出的非均匀布置端壁侧向出流孔结构能改善对静叶尾缘附近这些燃气入侵严重区域的密封效果,Rm=10%的情况下非均匀出流形式在静叶尾缘区域的密封效率能够提高3%左右。