迷宫气封三维非定常流场及转子动特性数值仿真

通过计算流体力学方法,采用近似的解析变换网格,以及混合有限分析格式,对迷宫气封流场进行三维非定常数值求解,进而求得密封气流对转子的气流激振力,获得转子的动特性系数。将计算结果与试验结果以及双控制体计算结果相比较,结果令人满意,说明了该计算程序是正确可靠的。该方法精度较高,适用范围广,可以应用于各种复杂的涡动情况及各种齿型,对气封转子的深入研究有重要意义。计算结果还显示了主刚度、主阻尼对气流进口周向速度不敏感,而交叉刚度对气流进口周向速度非常敏感。由于交叉刚度对转子的稳定性影响相当大,这一点是值得注意和利用的。

迷宫气封齿型对转子动力学系数的影响

大量研究表明,迷宫气封中的振荡汽流对机组的稳定性是有影响的,然而迷宫气封齿尖夹角对转子动力学特性的影响通常不引起人们的重视。该文采用修正了的双控制体模型,即引入了齿尖夹角对转子动特性系数的影响,将流场分为两个控制体,对流体基本方程及经验公式进行摄动求解。分析结果表明:齿尖夹角对转子动特性的影响是不能不考虑的,并且入口预旋越大,这种影响越大。该文结论对进一步的理论研究以及实际气封结构设计有一定的指导意义。

压差对旋转直通式迷宫气封流场及流场力影响规律研究

基于稳态计算流体动力学(CFD)方法,研究了压差对旋转直通式迷宫气封泄漏、流场和流场力的影响。通过网格密度分析验证了稳态CFD方法满足计算精度要求,通过影响和敏感度分析给出了压差的变化对泄漏量、流场速度流线、总压强分布、流体压力和流体粘滞力的影响。研究结果表明:随着压差的增大,泄漏量、径向流体压力、轴向流体压力、总流体压力、径向流体粘滞力、轴向流体粘滞力和总流体粘滞力均增大。

倾斜迷宫气封齿对密封性能及稳定性的影响

迷宫气封是大型旋转机械中的重要部件,其结构形式不但影响机组运行的经济性,还对机组运行的安全性有着重要的影响。本文以基于有限精确差分格式的非定常全三维粘性流场模拟技术为基础,采用κ-ε紊流模型,分别研究了某超临界机组高压段动叶顶部气封齿在倾斜30°、60°、90°、120°和150°情形下迷宫气封的密封性;并将三维非定常密封流场与弹性转子作为一个系统,研究了不同倾斜角度下转子系统的稳定性,得到了一些对超临界及超超临界机组的设计具有重要参考价值的研究结果。

入口长度对旋转直通式迷宫气封流场及流场力的影响

迷宫密封的转子和定子部件之间的流场和流场力直接影响转子的振动和稳定性。为了深入了解迷宫密封的流场和流场力特性,选取旋转直通式迷宫气封为研究对象,利用稳态CFD分析方法,研究密封入口长度对旋转直通式迷宫气封泄漏、流场和流场力的影响。考虑和不考虑入口预旋的影响,计算不同入口长度的旋转直通式迷宫气封的泄漏量、流场速度流线、总压强分布、流体压力和流体黏滞力。结果表明:随着入口长度的增大,密封流场泄漏量先增加后减小,转子表面流体压力和流体黏滞力先增加后快速减小;入口长度影响着直通式迷宫气封流场力,存在一个特定的入口长度,使转子表面的流体压力和流体黏滞力最大;当考虑入口预旋时,泄漏量、流体压力和流体黏滞力均有所减小。

带阻尼套筒的迷宫气封结构响应求解方法研究

对带阻尼套筒的迷宫气封结构的响应求解方法进行研究,将谐波平衡法、动柔度法与求解非线性摩擦力的数值轨迹跟踪法相结合,给出了求解带阻尼套筒的迷宫气封结构响应的算法,将响应的求解最终归结为求解非线性代数方程组。

带阻尼套筒的迷宫气封结构振动特性研究

对带阻尼套筒的迷宫气封结构进行了振动特性的计算分析,通过建立接触面刚度矩阵来模拟阻尼套筒对迷宫气封结构固有振动特性的影响。重点分析了结构固有频率随刚度比β、质量比γ和转速Ω的变化情况,并对结构的振型协调共振问题进行了分析;对各参数进行无量纲处理,使所得结论具有通用性。

迷宫气封动力响应分析及减振规律研究

采用一种将柔度系数法、谐波平衡法与求解摩擦力的数值跟踪法相结合的时频转换方法,对迷宫气封结构的响应进行了计算.对阻尼套筒摩擦片沿周向和轴向的不同分布对结构减振效果的影响进行了分析,并得出相应结论.

三维接触的迷宫气封模态计算研究

本文研究了考虑三维接触状态的迷宫气封模态的计算方法;通过建立接触面刚度矩阵来模拟阻尼套筒对迷宫气封固有振动特性的影响;结果表明该方法对迷宫气封模态计算是行之有效的。

迷宫和薄叶气封结构与气动特性的对比分析

数值研究相同条件下迷宫气封和薄叶气封结构特点、气动特性、密封机理及密封效果,比较两种气封的差异。通过与已发表的试验数据的对比,校核所采用的商业计算流体力学软件CFX的可靠性,计算得到的性能曲线与试验数据有较好的一致性,采用的数值模拟方法可行。分别对迷宫气封和薄叶气封内部流场进行数值模拟。通过对两种气封计算结果的对比分析,阐明它们的密封机理,给出各自的封严特性和所产生的摩擦转矩的变化规律。分析结果表明,薄叶气封的径向间隙远小于迷宫气封,漏气量为迷宫气封的1/3,对旋转轴产生的摩擦阻抗力矩低于迷宫气封,从结构运行特点和气动性能两方面说明薄叶气封的优越性,认为在不久的将来薄叶气封有可能替代迷宫气封。

迷宫式气封泄漏流量理论计算与试验验证

为了快速获得迷宫式气封泄漏流量,为气封结构设计提供理论依据,笔者采用试验的方式对阿道夫·艾格力的迷宫式气封泄漏流量经验计算方法进行了验证,并且利用Excel编制了一套迷宫式气封计算程序。

薄叶式气封在透平级中应用的数值研究

为研究薄叶式气封替换迷宫气封应用于透平级中的可行性,将某一级半高压透平中相应部位的迷宫气封替换为薄叶式气封,采用商业计算软件CFX进行数值模拟,并与采用迷宫气封的原型一级半透平进行对比分析。计算结果表明,简单的气封替换虽然降低气封处的泄漏流量,但没有降低透平级的泄漏损失,而且加强泄漏流动对主流的干扰,将一级半透平中的静叶隔板迷宫气封简单替换为薄叶气封的设计方案是不可行的。为了薄叶气封、平衡孔、轴向间隙的合理匹配,在原型设计方案的基础上,动叶叶顶和静叶隔板处采用薄叶气封,级内轴向间隙设置迷宫气封。采用该薄叶气封应用于透平级的最终方案,薄叶气封和平衡孔达到合理匹配,改善透平级的气动性能,降低泄漏损失,同时为下级透平提供良好的进汽条件。

燃气轮机发电机迷宫型气封结构设计改进

介绍了某燃气轮机发电机转子绝缘情况,经过检查确定由于发电机迷宫型空气密封磨损而引起转子绝缘下降。通过对可能的影响因素进行了分析,提出并制定了迷宫型气封结构设计改进处理方案。实践证明,此次迷宫型气封结构设计改进切实可行,供同类型机组参考。

鱼雷涡轮机叶片顶部气封流场数值研究

通过求解雷诺平均的NAVIER-STOKES方程组,数值计算了带气封围带结构的鱼雷涡轮机动叶顶部间隙内部3D流场及特性,研究了不同气封结构形式对涡轮机通流效率和动叶顶部泄漏流动的作用,比较了迷宫式气封不同齿数下动叶间隙泄漏气流的流动特性,分析了迷宫式气封齿数对鱼雷涡轮机通流效率和泄漏特性的影响。研究表明,在叶片顶部间隙中采用气封结构能够有效减小燃气泄露流量,提高涡轮机通流气动性能;在相同气封齿数下,迷宫式气封结构要比一般梳齿型气封结构密封效果好;迷宫气封通过气流在气封齿间空腔形成的3D涡流,将气流动能转化为热能,从而起到密封效果;气封齿数越多,密封效果越好,对涡轮机通流性能的改善也越大。