ANALYSIS OF COUPLING INFLUENCES OF LABYRINTH SEAL PARAMETERS ON CROSS COUPLED STIFFNESS AND DIRECT DAMPING COEFFICIENT

Labyrinth seal can cause steam-exciting, the structural and operating parameters of labyrinth seal have effect on stability of rotor-system. For investigating the coupling influences of the structure and operating parameters of labyrinth seals on dynamic coefficients, a model of calculating dynamic coefficients of labyrinth seals is presented using a two control volume model. The coupling influences of parameters on cross-coupled stiffness and direct damping of labyrinth seal are discussed. In the conclusion, a reference of preventing steam-exciting vibration and optimum determination of design parameters of labyrinth seals are provided.

超超临界汽轮机转子涡动对密封动力特性的影响

超超临界机组密封动力特性受转子运动影响显著,极易诱发转子失稳。以某1000MW汽轮机超高压缸迷宫密封为例建立密封转子三维模型,采用改进的涡动方程和动网格技术实现微间隙转子多频涡动,分析了不同涡动半径对密封动力特性的影响。结果表明:随着涡动半径增加,直接刚度增大,有效阻尼增大。直接阻尼随频率增加先减小至不变。低频范围内,较大涡动半径下的有效阻尼较显著低,转子容易发生失稳。

氮气压缩机轴封泄漏的分析与处理

针对氮气压缩机轴封泄漏问题进行排查,发现是由轴封系统设计缺陷引起,通过扩大压缩机上缸体隔离气进气孔和密封气漏气孔尺寸,并重新配置漏气管线,增大漏气管和漏气放空总管,解决了泄漏问题,保障了机组稳定运行。

动叶围带顶部泄漏流动对透平级气动性能影响的数值研究

采用计算流体动力学软件CFX-TASCflow数值研究了带围带的动叶顶部间隙内泄漏流动对动叶流动效率以及下一级静叶进口气流角的影响特性。数值模拟了装有不同迷宫式汽封齿数时的动叶顶部间隙泄漏流动特性。揭示了泄漏流动不再是跨叶顶的横向流动,而是在叶顶间隙内沿着轴向流动。给出了动叶顶部间隙泄漏流场的结构,泄漏流与主流掺混后的流场对下游静叶性能的影响。研究结果表明泄漏流与动叶通道内的主流在动叶下游掺混后,改变了上半通道气流的流动方向,使这部分气流偏离设计工况,使下游静叶产生攻角损失。动叶顶部间隙泄漏流有较大的径向速度,在与主流掺混并进入动叶下游静叶后,会向着静叶中叶展处发展,改变静叶上半部流场的结构。动叶顶部间隙汽封齿数增多时这种效果就减小,静叶等熵效率的降低就越少,同时讨论了动叶顶部间隙泄漏流动对透平级气动性能的影响。

迷宫密封非线性动力特性的数值计算方法

随着旋转机械的高参数化,迷宫密封气流激振问题越来越严重.为了能够深入分析迷宫密封与转子耦合系统的非线性动力学行为,提出了一种基于商用CFD软件Fluent计算的数值方法.通过流场分析计算出不同偏心和不同涡动角速度下的迷宫密封非线性气动力,进而求出相应的动力特性系数,从而得到任意位移和速度扰动下的密封非线性气动力.同时讨论了Fluent中入口总压和静压的设置.数值计算表明,气动力与偏心的关系是非线性的,正向预旋不利于系统的稳定性;在有预旋的情况下,随着进出口压差增大,交叉刚度负向增大,主阻尼减小,易使转子系统失稳.

高低齿迷宫式汽封泄漏流动特性研究

针对汽轮机高低齿迷宫式隔板汽封的复杂结构和轴的旋转效应,采用数值求解三维Navier-Stokes方程技术研究其泄漏流动特性。采用有限体积方法离散Navier-Stokes方程和标准k-ε两方程紊流模型封闭方程组。数值求解方法采用SIMPLE算法,迎风二阶格式求解对流项,迎风一阶格式求解扩散项。研究分析了在相同汽封轴向距离和汽封间隙条件下,三种不同齿数的高低齿迷宫式隔板汽封在不同压比下的泄漏流动特性,并计算了相应的量纲一流量系数。数值模拟结果证明了在相同压比和汽封轴向距离条件下齿数减小会造成泄漏量增加,在相同的齿数条件下,量纲一流量系数随着压比增加而增大。研究工作为工程设计高低齿迷宫式汽封提供了理论依据和技术支撑。

汽封工作原理及判断汽封性能优劣的方法

简析汽封工作原理,通过画出不同汽封的芬诺线来验证芬诺线对汽封性能优劣的判定。

迷宫密封动力特性影响因素分析

迷宫密封的存在会引起汽流激振,密封的结构和工况参数对转子动力特性均存在影响.本文综合分析转子转速、人口预旋比、密封间隙、压差等因素对转子动力特性系数的影响,为迷宫密封汽流激振的防治和设计中各参数的最优确定提供参考依据.

汽轮机叶顶汽封泄漏流动的非定常数值研究

针对某带有叶顶汽封的300MW汽轮机高压第二压力级及其后相邻的静叶,采用三维非定常数值模拟的方法,研究了叶顶汽封间隙泄漏流的流场结构,叶顶汽封腔室内涡动的频谱特性以及叶顶泄漏流与主流掺混后的流场对下游静叶性能的影响。研究结果表明:叶顶汽封泄漏流动总体随时间呈现周期性波动,汽封间隙出、入口的波动最复杂、频率成分最多。叶顶汽封泄漏流的传播会在下级静叶通道内引起较大的流动损失,泄漏流体中存在径向速度分量,致使掺混后的低能流体逐渐向下级静叶的中叶展处发展,使下级静叶的流场结构发生了改变。

迷宫密封对转子系统稳定性影响研究

透平机械中汽流激振力主要产生于各种形式的密封处，其对转子系统的稳定性有不良影响。因迷宫密封的存在而引起汽流激振，其各有关结构和工况参数对转子动力特性均存在影响。本文主要分析转子转速、入口预旋比、密封间隙、压差、齿数变化等一系列因素对转子系统稳定性的影响，为迷宫密封汽流激振的防治和迷宫密封设计中各参数的最优确定提供参考依据。

用双控制体模型计算直通式篦齿密封的动特性系数

用双控体模型计算直通式篦齿密封动特性系数,介绍单控体模型。通过理论计算与试验结果的对比,说明采用的双控体模型方法是可行的;分析了密封间隙、转速等对密封动特性系数的影响;用实例比较单控体模型和双控体模型的结果,得出一些有意义的结论。

迷宫式汽封齿间距对汽封性能的影响研究

通过数值模拟的方法研究迷宫式汽封齿间距对汽封性能的影响。三维稳态数值结果表明,汽封齿处的通流面积剧烈的变化使得水蒸气通过汽封齿后流速增加,压力降低。此外,近壁面附近的压力和流速在壁面端点附近变化较为剧烈。汽封齿的排布对齿间漩涡的大小、位置和高马赫数区域影响较大。7组案例表明,沿流动方向变化的压力曲线及其所对应的漏气量表明第一个汽封齿处压降对汽封效果影响较大,压降越小,汽封效果越好。最后总结了汽封效果与汽封齿排布之间的关系。

迷宫密封对高参数转子系统稳定性的影响分析及公理设计方法应用

针对高参数汽轮机,研究迷宫密封汽封力和轴承油膜力作用下的转子系统稳定性问题。首先基于两控制体模型对各级密封的动特性进行计算,并与6瓦可倾瓦轴承进行对比,发现高压缸围带密封的交叉刚度已达107N/m,与轴承相当或更大,表明密封相比轴承是稳定性的主导因素。然后采用有限元方法将实际转子进行模化,根据建立的转子轴承密封系统动力学模型,对不同密封间隙和转速下的系统动力学特性进行计算分析,表明：考虑密封力后系统的最小对数衰减率min下降很大但对临界转速影响不大。间隙对min的影响存在区域性,在小于设计间隙（0.5~0.8 mm）范围选择合适的间隙可使系统的泄漏特性和稳定性最优。最后针对4种密封耦合设计方案,采用公理化方法研究其概念设计过程中的知识表达、知识融合及优化决策,表明该方法的简明和有效性。

汽轮机动叶栅内泄漏流动特性及损失分布

针对汽轮机间隙蒸汽泄漏的注入对动叶栅气动性能和损失的影响,以带有叶顶和静叶环汽封的某汽轮机高压级模型为例,分析不同汽封齿顶间隙下汽轮机动叶栅内泄漏蒸汽与主蒸汽的掺混作用、高损失区域体熵增率的变化规律和对轴功率和级效率的影响。结果表明:泄漏蒸汽的影响区域主要集中在叶片的吸力面附近,且泄漏蒸汽流经动叶通道时,其影响范围不断向叶中扩展。高损失区域沿径向集中在上、下叶端附近;沿轴向集中在动叶吸力面中部和叶片前缘处。随蒸汽泄漏量增加,高损区损失量越大,在叶片径向和轴向上的影响范围越大。在齿顶间隙增加时,由叶顶和静叶环漏汽分别导致的动叶栅高损失区的变化趋势相反。汽封齿顶间隙扩大至设计尺寸2倍,级功率下降约1.06%,级效率下降约1.49%。

高低齿迷宫密封流场和泄漏特性CFD研究

应用Fluent软件,采用Simple算法和SSTk-ω湍流模型,通过求解Navier-Stokes方程和能量方程来模拟迷宫密封腔内部流场及泄漏特性,计算结果与文献中的实验结果进行比较,最大误差为4%,验证了应用Fluent模拟迷宫密封腔内部流场的可靠性。在此基础上,研究了高低齿迷宫密封腔内部流动和泄漏特性,并通过引入修正系数对节流口射流收缩和空腔动能耗散不完善的影响进行了修正,构造了泄漏量计算公式。与现有的同类公式比较,该公式无需通过实验来确定参数,且能够更加准确的计算迷宫密封的泄漏量。

高速旋转的汽轮机隔板密封内流体流动的模拟

采用数值求解粘性Navier-Stokes方程,研究考虑轴旋转效应的汽轮机高低齿迷宫式隔板密封内流体流动特性及其影响因素。采用有限体积方法离散控制方程,紊流模型采用标准k-ε两方程模型进行求解。数值模拟了三种齿间距下不同压比时的高低齿迷宫式隔板密封内部的流场特性,并且计算了相应的无量纲流量系数。计算结果揭示了隔板密封内由于环形腔室和高低齿的作用导致密封内流体的动能有效地耗散为热能,起到了密封的作用。研究结果表明:在相同的几何结构下,压比的增加导致密封泄漏量的减小;在相同的压比条件下,密封的泄漏量随着齿间距的减小而减小。

动静态下汽封间隙对汽封性能的影响研究

应用Fluent软件,采用SIMPLE算法、RNG k-ε双方程紊流模型和有限体积法离散N-S方程,对动静状态下汽封内的三维流场进行了数值模拟。结果表明:在汽封间隙内部的泄漏流动中,黏性作用是不占主导地位的。间隙值越大,漏泄现象就越严重。转子旋转效应的影响存在于近壁区内,但汽封间隙变化对漏汽量的影响要远大于旋转效应所产生的影响。不同间隙下转速对间隙内流场的流线存在一定的影响,汽封间隙较小时漏汽平均速度受转子转速的影响要大一些。

动静态汽封内部流场的数值模拟

将CFD软件作为计算平台,对汽轮机迷宫式隔板汽封内典型的三维紊流流场进行了数值模拟。应用结构化网格,采用有限体积法离散N-S方程和RNGk-ε双方程紊流模型封闭方程组。数值求解方法采用SIMPLE算法,迎风二阶格式求解对流项,迎风一阶格式求解扩散项。结果表明,转子的转动所带来的旋转效应对汽封内流体的轴向、径向、切向速度都产生影响,导致流体呈螺旋线流动,平均流速增大,湍动能耗散效应减弱,漏汽量比静止时有所增大。低压比时转速对漏汽量的影响较大,额定转速时的最大增幅达0.25%左右。

汽轮机高压级叶顶间隙泄漏流的掺混作用分析

对某带有高低齿汽封的汽轮机高压1.5级模型进行数值计算,分析了不同叶顶间隙下汽封出口腔内泄漏流的涡系变化以及泄漏流与主流掺混对下游静叶气动性能的影响,并定量计算了泄漏流引起的相关损失。结果表明:泄漏流与主流在周向速度和径向速度上存在较大差异,二者掺混将导致动叶出口处汽流方向发生偏转,对下游静叶产生负攻角,引起级效率的下降。在泄漏流引起的相关损失中,掺混损失占主要部分。叶顶间隙的大小直接影响汽封腔内回流涡的尺寸,回流涡与汽封腔内泄漏流动能的耗散程度密切相关。因此,在叶顶汽封设计中,应尽量减小叶顶间隙,增强密封腔内汽流扰动,减小泄漏流与主流的速度差异,以便提高汽轮机经济性。

迷宫密封转子动特性三维CFD数值的研究

迷宫密封中流体产生的气动力是导致轴系失稳的重要来源,密封动特性系数描述了这个气动力。本文建立了涡动转子-迷宫密封三维CFD数学模型,并以压缩机入口迷宫密封为实例,利用通用CFD软件Fluent计算转子表面气动力,进而计算密封动特性系数。计算结果与另一CFD软件TASCflow和整体流的迷宫密封计算程序Dynlab的结果进行比较,表明三维CFD方法对于失稳力的计算精度高于整体流方法。最后,深入计算分析了密封入口预旋速度、间隙变化、密封锥形轴向间隙等因素对密封稳定性的影响,为减小密封汽流激振提供理论依据。