随着汽轮机组向高参数、大容量方向发展,密封的重要性得到凸显,密封性能直接影响机组的经济性和安全性,高效密封成为大型机组继续发展所必须解决的难题之一。因此,对汽轮机密封进行研究,掌握工作机理、研究新型密封结构具有重要的理论意义和工程价值。本文从轴端密封和叶尖密封两方面展开研究工作。本文首先建立迷宫密封三维CFD分析模型,对流场特性进行研究。结果表明,密封通过密封齿的节流和腔内能量耗散实现流体封严,泄漏量随着压比和密封间隙的增加而增大。螺旋形流动导致周向压力分布不均是产生汽(气)流力的诱因,随着压比和预旋速度的增加,交叉刚度增大,容易诱发转子的低频涡动。在交错齿密封的基础上提出混合齿密封,并对其性能进行计算和比较。结果表明,混合齿密封的泄漏量比交错齿密封低30%,交叉刚度也低于交错齿密封。对混合齿密封进行结构参数分析,发现存在一个最佳横齿高度使性能最优;横齿间隙越小越好,但设计时需要注意横齿间隙应该大于竖齿间隙,防止两道横齿之间发生碰磨。为了更好地分析叶尖密封流动特性,本文将叶尖密封和动叶上下游流场耦合,建立分层单控制体模型,准确预测出叶尖区域欠转流的存在。为了分析密封结构参数的影响,在分层单控制体模型的基础上提出混合单控制体模型和混合双控制体模型,对比这三种模型的泄漏量计算结果,最大误差为7.1%。利用混合双控制体模型对密封结构参数进行分析,发现泄漏量随着叶尖间隙的增大而增长,密封腔深度和宽度对泄漏量的影响不显著。提出叶尖气膜复合密封,对其增效能力进行计算和比较。结果表明压降主要发生在气膜密封前后,迷宫密封齿的节流降压作用失效。气膜复合密封增效显著,泄漏量仅为传统迷宫密封的0.75%,效率从原来的91.52%提高到93.73%。对于气膜复合密封,随着气膜厚度的增加,泄漏量增加,效率降低。