螺旋篦齿-刷式密封泄漏特性实验和数值研究

为探究刷丝束安装位置对螺旋篦齿-刷式密封泄漏流动特性的影响,基于多孔介质模型和计算流体动力学(CFD)技术,数值研究了刷丝束安装在螺旋篦齿上游或下游两种螺旋篦齿-刷式密封在不同压比(1~1.3)和转速(0~10000r/min)条件下的泄漏流动特性。同时,在压比为1~1.3和转速为0~2000r/min的条件下,实验测量了刷丝束安装在螺旋篦齿上游的密封泄漏流动特性。在实验工况范围内,数值模拟得到的泄漏量和腔室压力与实验值吻合良好。结果表明:泄漏气流主要经刷丝束与转子间隙流入下游;相比刷丝束安装在下游,刷丝束安装在上游时的泄漏量及其对转速变化的敏感度更小。螺旋篦齿和转子环形台阶沿轴向交错排列,导致周向静压分布不均和下游压力高于上游压力;两种密封转子面静态气流作用力的x轴分量方向相反,y轴分量方向也相反,且相比刷丝束安装在下游,刷丝束安装在上游时静态气流作用力的x轴分量绝对值更大,而y轴分量绝对值更小;静态气流作用力的绝对值随压比升高而显著升高,对转速变化不敏感。

刷式-迷宫密封泄漏流动和转子动力特性数值研究

为评估刷式-迷宫密封的封严性能和偏心涡动时对转子安全稳定性的影响,采用基于涡动转子法和非线性Darcian多孔介质模型,建立了数值研究刷式-迷宫密封泄漏流动和转子动力特性的数学模型。研究了压比为1.96、3、4.49、6.9,进口预旋速度为-50、-30、0、30、50 m/s和4种转子自旋速度为3×10~3、7.5×10~3、1.5×10~4、2×10~4 r/min下刷式-迷宫密封泄漏流动特性和转子动力特性系数,并与传统迷宫密封进行了比较。研究结果表明:刷式-迷宫密封的泄漏量显著小于迷宫密封,在压比为6.9时,刷式-迷宫密封的有效间隙仅为迷宫密封的25.5%;刷式-迷宫密封的直接刚度随压比和进口预旋速度绝对值增大而增大,随转子自旋速度改变变化不明显;有效阻尼随进口预旋和转子自旋速度的升高而降低。刷丝束具有止旋作用,相比迷宫密封,刷式-迷宫密封的交叉刚度和有效阻尼对运行工况变化敏感度更低,且刷式-迷宫密封的直接刚度在研究工况范围内均大于迷宫密封,临界转速更高。在相同工况条件下,刷式-迷宫密封的封严性能显著优于迷宫密封,正向预旋速度较大或转子自旋速度较低时,刷式-迷宫密封有效阻尼大于迷宫密封,转子系统的稳定性更好。

透平机械密封技术研究进展

对现代透平机械的密封技术研究进行了综述。重点介绍了透平机械中广泛应用的迷宫密封、蜂窝密封和刷式密封技术的密封原理、结构形式和国内外研究现状。对透平机械密封技术的泄漏流动、传热特性以及动力学特性的研究方法和研究结论进行了讨论,介绍了西安交通大学叶轮机械研究所TurboAero研究小组在透平机械密封技术方面的具体研究工作。展望了透平机械密封间隙泄漏流动传热以及汽流激振的研究和发展方向,为提高我国透平机械密封技术的整体设计水平和运行经济性提供有益的技术参考。

刷式密封转子涂层材料研究

随着航空航天技术的发展,有关密封技术的研究逐渐增多。刷封技术可以大幅降低发动机的气体泄漏,提高其工作效率,将成为沿用多年的蓖齿密封的替代品。本文介绍了刷式密封的发展、工作结构及其使用材料,着重介绍了刷式密封转子表面涂层材料的研究进展。

动叶叶顶迷宫刷式密封的透平级气动性能研究

针对透平级叶顶泄漏损失大的问题,提出了将叶顶迷宫密封设计成迷宫刷式密封结构的设计方案,旨在减少叶顶泄漏量和提高气动效率。采用基于非线性多孔介质模型的RANS方程数值方法,研究了实验测量的迷宫刷式密封的泄漏量,数值预测泄漏量与实验测量数据吻合良好,验证了数值方法的可靠性。基于1.5级透平级动叶叶顶迷宫密封结构,将第1个、最后1个迷宫长齿设计成刷丝束的前置、后置迷宫刷式密封结构,对比分析了迷宫刷式密封刷丝束间隙为0~0.4 mm时,1.5级透平级的叶顶间隙泄漏量和气动效率。研究结果表明:前置、后置叶顶迷宫刷式密封在减少泄漏量和提高透平级气动效率方面相似;与叶顶迷宫密封相比,叶顶迷宫刷式密封在刷丝束间隙为0.4 mm时泄漏量减少了18%,透平级效率提高了0.6%;叶顶密封间隙损失主要包括腔室耗散和出口腔室黏性损失;相比于叶顶迷宫密封,叶顶迷宫刷式密封减小了气流相对偏转角,导致密封出口泄漏流与动叶出口主流掺混损失减少;叶顶迷宫刷式密封通过减少出口腔室黏性损失从而提高透平级气动效率。

迷宫-刷式密封泄漏流动和摩擦传热特性数值研究

为了探究结构参数和运行工况参数对迷宫-刷式密封泄漏流动和摩擦传热特性的影响规律,采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程耦合有限元分析(FEA)的方法,数值研究了围栏高度h_(b),前夹板与转子间隙h_(f),转速n和压比R_(p)对迷宫-刷式密封泄漏流动、温度分布以及转子热应力的作用规律。研究结果表明:刷丝束与转子的摩擦生热使得泄漏流量显著降低;R_(p)和h_(b)对接触式迷宫-刷式密封封严性能有着决定性作用。R_(p)和n升高使得摩擦热流密度和转子最高温升显著增大。h_(b)增大使得摩擦热流密度和转子最高温升先增大后减小;h_(f)增大使得摩擦热流密度先略微增大后减小,转子最高温升逐渐减小;转子最高温升随h_(b)或h_(f)增大的变化趋势取决于摩擦热流密度增幅和气流冷却作用增强幅度的相对大小。转子最高热应力随R_(p)和h_(b)升高而增大,随h_(b)增大而先增大后减小,随h_(f)增大而减小。

刷式密封技术及其在汽轮机优化设计中的应用

介绍了刷式密封技术的发展和研究现状,阐述了刷式密封的基本结构参数和特点.对大功率汽轮机轴端和级间迷宫密封泄漏特性进行了数值模拟分析,在此基础上将迷宫密封改为刷式密封,并对两者的性能进行了比较.结果表明:在设计参数范围内,刷式密封具有比迷宫密封更优越的密封性能.此外,还对进一步发展刷式密封技术提出了若干建议.

刷式篦齿组合密封性能试验研究

与传统篦齿密封相比,刷式密封作为一种新型密封装置,密封性能改善明显。但在高压差条件下,刷式密封的封严性能提升效果不明显。为满足航空发动机高压差高性能需求,本文设计一种刷式篦齿组合密封来提升刷式密封的综合封严性能。刷式密封和刷式篦齿组合密封泄漏特性的仿真分析及对比试验结果表明,同工况条件下,刷式篦齿组合密封相比刷式密封,其泄漏量可减小34.7%~68.5%,封严性能更优异。因而,刷式篦齿组合密封为航空发动机高压差密封提供新的低成本途径,且结构紧凑、泄漏量低。

燃气轮机迷宫-刷子密封泄漏特性的试验研究

为研究典型迷宫-刷子密封结构的泄漏特性,搭建了研究密封泄漏特性的试验平台,进行了变高低齿齿隙、变刷子间隙、变压比、变转速等泄漏特性试验。试验结果表明:迷宫-刷子密封的流量系数随着刷子密封的相对间隙增大而增大,且增大到某一值时(0.7~0.8)与原常规的迷宫式密封流量系数相同;相同的刷子密封间隙下,流量系数随着压比的增大而降低;密封流量系数随着转速的升高略有下降。试验结果对迷宫-刷子密封在燃气轮机上的应用具有重要指导价值。

MS9001E燃气轮机透平密封改造

MS9001E燃气轮机透平密封改造主要是在原有迷宫式密封的基础上增加或更换成蜂窝密封、刷子密封,减少透平燃气泄漏量,从而提高机组出力、降低热耗。本文介绍了浙江镇海发电有限责任公司的MS9001E燃气轮机透平密封改造。

迷宫刷式密封泄漏特性的实验和数值研究

具有优良封严性能和对转子的瞬时偏心涡动适应性很强的刷式密封在透平机械间隙流动控制中得到应用。论文实验和数值研究了迷宫密封和两种刷丝束与转子间隙c(0.7 mm、0.8 mm)的单级迷宫刷式密封在转速0~3000 r/min和压比1.1~2范围的泄漏特性。研究表明:迷宫刷式密封的封严性能优于迷宫密封,泄漏量随压比和密封间隙c的增大而增大;迷宫刷式密封泄漏迟滞效应随转子转速升高而减弱。刷丝束的上下表面的径向压差和上下游面的轴向压差随压比的增大和密封间隙c的减小而增大,进而刷丝束闭合效应和轴向弯曲程度增大.论文工作为迷宫刷式密封设计和泄漏特性分析提供参考。

船用柴油机曲轴箱轴端密封试验研究与改进

为研究某大型船用柴油机曲轴箱的轴端密封漏油问题,建立了面向气液两相介质的密封试验装置。通过试验获得了不同转速条件下空气和滑油的泄漏速率,定量地研究了密封装置中的甩油环、迷宫齿槽及回油通道等结构的减漏作用。为适应曲轴箱轴端密封大轴径、大间隙的特点,提出了基于刷式密封的改进方案。利用刷式密封的多孔介质模型分析了安装密封刷环对泄漏和流场的影响,并在试验装置上验证了刷式密封的减漏效果。试验结果表明:增加刷式密封后空气泄漏速率降幅达76%,漏油速率降幅达79%。