薄叶式汽封在透平级中应用的数值研究

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汽轮机的泄漏损失占总损失的20%以上,采用先进的密封技术可以显著的改善泄漏情况,提高汽轮机的效率,汽轮机的密封问题成为科学和技术领域研究的重要课题。迷宫式汽封具有结构简单,成本低等优点,所以广泛应用于汽轮机当中。但迷宫式汽封作为一种非接触式汽封,泄漏是不可避免的,而且由于受到汽轮机轴向长度的限制,迷宫式汽封的泄漏量较大。薄叶式汽封是一种新型的高性能汽封,具有泄漏量小、寿命长以及能够承受一定的压差等优点,可以代替迷宫式汽封在透平级中的应用。此种汽封的特点是在机组运行时,薄叶在气体气动力的作用下上浮,与转子表面保持一定的间隙,而在机组停止工作时,薄叶的顶端与转子表面接触。本文利用CFX软件,首先对文献提供的薄叶式汽封进行数值研究,分析了薄叶式汽封的工作原理,包括汽封的流场特性以及泄漏特性。其次,为了验证薄叶式汽封在透平级中应用的可行性,数值计算了隔板和动叶叶顶汽封采用迷宫式汽封和薄叶式汽封的两种方案,对比分析了不同汽封和平衡孔的匹配使用对动叶前后根部泄漏量的影响以及对一级半透平整体气动性能的影响。最后,数值研究了动叶前根部轴向间隙迷宫式汽封与薄叶式汽封的匹配使用对流动的影响以及透平级气动性能的影响。对于迷宫式汽封的研究,本文给出了多种方案,重点考虑了汽封齿间隙、汽封齿数、汽封齿间距以及汽封的凸台高度这些因素对泄漏的影响。研究结果表明,薄叶式汽封内部的流动比较规律,只在汽封的局部出现高速射流,薄叶内的流动基本上为层流,壁面对流体的粘性而造成的减速作用大于压降的加速作用,薄叶式汽封具有良好的密封效果。薄叶式汽封在透平级中的应用,降低了隔板和动叶叶顶汽封的泄漏量,同时与平衡孔的配合使用改善了动叶前根部的流动,但却造成了动叶后根部的流动恶化。动静叶根部轴向间隙迷宫式汽封的应用可以改善动叶后根部的流动,当迷宫式汽封具有适当的结构形式时,动叶后根部的泄漏流动方向改变,透平级的效率提高。
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