分流通道对台阶型篦齿封严性能影响研究

为提高涡轮级间篦齿的封严性能,设计了一种带分流通道的台阶型篦齿封严结构,研究了不同压比与转速下分流通道对篦齿封严泄漏特性和传热特性的影响规律,并与光滑篦齿进行对比。结果表明:在衬套上增设一个分流通道后,处于通道出口处的气流在离心力作用下被卷吸进通道,增强了篦齿的封严效果;分流通道的周向间隙率β越大,封严效果越佳,当周向间隙率β为3时,绝热壁面流量系数为13.47%,绝热壁面风阻温升为48.7 K;分流通道数量增加,篦齿的泄漏加剧;随着压比增加,密封泄漏量增大,分流通道可以引导核心射流回流,故泄漏量增速逐渐变缓而绝热壁面风阻温升增速加剧;当转速从3×10^(3)r/min增加到2.1×10^(4)r/min,气流摩擦耗散加剧,篦齿绝热壁面流量系数逐渐降低,绝热壁面风阻温升逐渐升高,分流通道对高转速下篦齿的封严效果提升显著。

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。

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。

高低齿汽封与蜂窝汽封及孔式阻尼汽封密封性能的比较

使用商用CFD软件Fluent对高低齿汽封、蜂窝汽封及孔式阻尼汽封进行了三维数值模拟,得到三种汽封在不同压比、轴转速和汽封相对间隙时的密封性能,并将高低齿汽封和蜂窝汽封计算值与试验数据进行了对比.结果表明:高低齿汽封流量系数随压比增大而增大,随转速加快而略有减小,随相对间隙的增大而减小;蜂窝汽封与孔式阻尼汽封的流量系数均随压比增大而减小,随转速加快而略有减小,基本呈直线变化规律,随相对间隙的增大而增大;在相同的条件下,蜂窝汽封的漏汽量比高低齿汽封的漏气量减少10%,而孔式阻尼汽封的漏汽量比蜂窝汽封漏汽量减少6%.

篦齿结构对封严特性的影响

根据旋转机械中常见的篦齿密封结构设计直通型和台阶型2组篦齿密封实验模型,实验研究篦齿密封的封严特性。通过实验和数值方法比较不同进出口压比和节流间隙下2组篦齿密封的封严特性,研究台阶篦齿与衬套轴向相对位置对封严特性的影响,探究篦齿内部沿程压力分布情况。研究结果表明:在密封长度相同的条件下,台阶齿泄漏系数比直通齿降低了约45%;台阶齿对节流间隙变化的敏感性要低于直通齿,表明台阶型篦齿性能稳定性优于直通齿;低压比时泄漏量受台阶篦齿与衬套轴向相对位置的影响很小;在文中条件下当齿尖位于衬套台阶中心位置时,篦齿密封的泄漏量最大;直通型和台阶型篦齿沿程压力系数的分布基本相同,都近似线性降低;与实验结果不同,数值计算结果表明台阶齿在齿尖处存在压力突降,而在齿腔中存在一个压力突峰。

高转速下台阶篦齿流动特性的实验与计算

对航空发动机压气机级间台阶篦齿封严进行了实验与计算研究。在不同压比(1.05~1.3)下,研究了转速(1.5~7.2kr/min)对篦齿的工作间隙变化、泄漏特性、温升特性和旋流特性的影响,并选取典型实验工况进行了数值模拟。研究表明实验结果与数值计算结果符合良好。随转速的增大,工作间隙减小,泄漏流量降低,两者最大降幅在40%左右;较小压比时流量系数微弱降低,较大压比时流量系数微弱增大。系统风阻温升随转速的增大而增大,且转速越大温升越快,最大温升为36K。另外,出口旋转盘腔同一径向位置的旋转比随转速的增大而增大,最大可达0.398;同一转速下,随出口旋转盘腔径向位置的增大,旋转比降低。

台阶齿蜂窝衬套封严结构风阻特性的研究

对台阶齿-蜂窝衬套篦齿封严结构的泄漏特性和风阻特性进行数值模拟,得到流体的泄漏特性和风阻特性随转速、压比、节流间隙和蜂窝结构参数的变化规律。结果表明:泄漏流体风阻生热总温升随转速和蜂窝单元直径的增大而增大,随压比和节流间隙的增大而减小;蜂窝深度对风阻生热影响不大,基本可以忽略。

台阶篦齿与衬套轴向位置和转速对封严特性影响的实验

设计了上台阶和下台阶篦齿两组实验模型,研究了旋转和静止两种状态下篦齿进出口压比、篦齿与衬套轴向相对位置以及转速对封严特性的影响.结果表明:齿型结构尺寸相同时,上台阶篦齿和下台阶篦齿的封严特性相似,增加篦齿前后腔压比,台阶篦齿的泄漏系数增加;进口总压和总温一定时,齿间压力沿流动方向线性下降;台阶篦齿与台阶衬套的轴向相对位置的改变对台阶篦齿的泄漏量影响不大;低转速时旋转速度对台阶篦齿泄漏影响也不大.

转静态台阶篦齿封严结构泄漏特性的数值研究

运用数值方法研究篦齿盘旋转速度、篦齿与光滑衬套相对轴向位置等对上、下台阶斜齿封严结构的泄漏特性的影响。结果表明采用重整化群k-ε湍流模型和标准壁面函数进行数值计算的结果与实验数据吻合较好;齿形结构参数相同时,上、下台阶篦齿的封严特性相当,泄漏系数比直通齿降低了30%,在不考虑转速和温度变化引起的间隙变化时,台阶篦齿的泄漏系数在高转速下随转速的增加线性下降;篦齿与衬套轴向位置的改变对泄漏特性基本没有影响。

旋转状态下阶梯齿风阻温升的初步分析

本文主要介绍了旋转状态下阶梯齿内部气流风阻温升的计算方法,对不同压比、不同转速下冷气流经阶梯齿后的温升特性进行了详细的计算分析,并与试验结果进行了对比分析。研究结果表明:篦齿泄漏流的温升主要是由篦齿盘面旋转效应引起的风阻温升和气体在旋转腔道中摩擦引起的风阻温升。

阶梯式迷宫密封泄漏量和动特性数值研究

涡动转子与迷宫密封中的泄漏流体相互作用能产生诱发涡轮机械失稳的气流激振力。迷宫密封动特性系数能描述激振力的重要特性。传统的迷宫密封动特性分析方法基于整体流动理论,尽管求解迅速,但对工作在小间隙、高速、高压条件下的密封动特性预测精度不高,且不适用于求解复杂结构密封的动特性。为了提高迷宫密封动特性的预测精度,利用三维计算流体动力学方法模拟迷宫密封内部流动。这一方法适合于任意齿形和结构的迷宫密封,当仅计算泄漏量时采用轴对称模型,计算激振力采用三维偏心模型。计算结果与实验数据比较,表明计算流体动力学方法预测阶梯迷宫密封的泄漏量和动特性系数精度较高。

台阶式篦齿封严特性的数值模拟

在深入分析了国内外有关封严篦齿研究成果的基础之上,为了弥补在台阶式篦齿方面数值模拟工作的不足．基于数值模拟的方法,采用FLENT软件中标准k-ε模型和QUICK格式算法研究了台阶式篦齿泄漏系数随前后压比,齿腔形状、齿数、密封间隙、齿倾斜度、流向改变而变化的规律,并与之和实验结果及直通式篦齿性质做了比较．证实了数值模拟方法的准确性,并找出了影响台阶式篦齿泄漏系数的主要因素,结论可作为台阶式篦齿正确选型的参考,有助于提高篦齿封严效果．

Dimensional Analysis on Resistance Characteristics of Labyrinth Seals

Experimental investigation of stepped and straight-through labyrinth seals was designed to study the sealing performance of two different typical labyrinth seals.In order to facilitate dimensional analysis on the flow resistance characteristics of labyrinth seals,the variable cross-section of the flow channels are considered as constant cross-section flow.The mechanical energy loss of flow caused by throttle turbulence intensity is considered as caused by friction along the way.The friction coefficient of stepped labyrinth seals is bigger than that of straight-through labyrinth seals by more than 40% for the same Reynolds number and the ratio of equivalent diameter and the seal length.The expression of friction coefficient /and /Re are obtained from experimental data.The verifications indicate that the expressions are highly accurate.The contribution to the total pressure drop of each tooth cavity gradually becomes less along the flow direction.

压气机级间台阶篦齿封严的封严性能研究

以压气机级间的三台阶篦齿封严结构为研究对象,研究篦齿封严间隙、篦齿深度、篦齿前后倾角、衬套开槽的深度对台阶篦齿封严的泄漏特性、温升特性和旋流特性的影响。研究结果表明:篦齿封严间隙和篦齿前倾角对封严性能有较大影响;随封严间隙的减小,实际泄漏流量明显减小、风阻温升明显增大、旋转比减小,封严间隙从1.0mm减小到0.2mm,实际泄漏流量减小幅度为73%,系统的风阻温升增大幅度为78K,系统旋转比从0.33减小到0.27;随篦齿前倾角的增大,实际泄漏流量微弱减小、风阻温升微弱增大,而前倾角对系统的旋转比影响不大,前倾角从0°增大到30°,实际泄漏流量减小幅度为20%,系统风阻温升增大幅度为7K。因此,可以通过适当减小封严间隙和增大篦齿前倾角来达到减小泄漏流量的目的。

齿形几何参数对阶梯型迷宫密封泄漏特性影响的数值模拟研究

针对影响阶梯型迷宫密封的密封性能的六个几何参数(齿宽、密封间隙、齿高、齿离台阶距离、前倾角、后倾角),依据正交原理设计了25个正交试验,对其密封特性进行数值模拟。结果表明:在本文的模拟条件下,封严效果较优的齿形结构为:t取0.2 mm,c取0.2 mm,H取4 mm,x取1.5 mm,α取15°,β取0°;对泄漏量影响程度的主次排序为:密封间隙c→齿宽t→齿离台阶距离x→后倾角β→空腔深度H→前倾角α。