汽轮机级环境下不同形式隔板汽封泄漏特性研究

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1、汽轮机级环境下不同形式隔板汽封泄漏特性研究杨锐,杨建道,史立群,彭泽瑛上海电气电站技术研究与发展中心通流与叶片技术研究所摘要本文通过对某汽轮机压力级带隔板汽封进行数值模拟,分析了五种不同形式隔板汽封的泄漏特性,得出了不同汽封结构的泄漏量以及叶片级效率。和单独模拟汽封装置气,,动性能相比采用叶片级和汽封装置联算一方面能够考虑叶片通道流场和汽封间隙流场的相互影响,,另,可以考察不同汽封形式对叶片级效使得计算结果更加接近物理本质一方面一率的影响。其研究方法具有定得先进性。关键词汽轮机隔板汽封数值模拟泄漏特性,,一,一,一,

2、,,,,,,’前言共同瞩目的研究课题。汽封装置是在大型旋转机械中用于限为了设计、改进汽封结构,必须了解汽。。,制高压气体泄漏的必要部件在汽轮机的级封装置内部流动机理一直以后受困于汽内,由于各级的前后存在压差,在隔板和主封结构内部流动的全三维紊流复杂性,试验轴的间隙处,以及动叶顶部与汽缸间隙处均研究成为研究汽封流动特性的唯一手段。但。,存在漏气泄漏的蒸汽不但未进入通流级做实验研究汽封内部复杂流动一方面需要花功,还会和叶片通道的主流掺混,产生漏气费大量的时间和经费,另一方面由于汽轮机,。,,损失降低级效率因此为了提高机组

3、的的高速旋转特性给流场参数测量带来了不一。,效率,在汽轮机通流级的静叶隔板和动计叶小的困难近些年来随着现代计算机技术顶处采用各种形式的汽封结构,使通过的工和计算流体力学的不断发展,运用数值模拟作蒸汽产生节流和热力学效应而达到密封的方法设计和改进汽封装置己经越来越广效果。泛。其中早期国外的采用有限差分一。一,从以往的经验结果来看汽轮机级的漏法求解湍流模型的方程研究了高,大约与动、雷诺数,直通式迷宫密封空腔内流场和压气损失约占级损失的左右下静叶的型线损失之和或二次流损失之和相力场,计算结果和测试结果相比,误,、,,等因此

4、设计改进汽封装置降低泄漏差证明用数值方法来研究迷宫气封的损失成为世界各国汽轮机公司和电厂用户可行性。西门子公司的建立准三维的汽封通道计算模型,探讨了通过数值方法设计高气动性能的汽封结构以提高汽轮机机组效率。华北电力大学的韩中合、康乐嘉对各种类型的迷宫式汽封建立二,分析了相对齿维流动模型距和斜齿倾斜角度等几何参数对泄漏特性的影响。中国科学院、工程热物理研究所的蔡虎朱斌等采用自行编制的叶轮机械通用计算程序对带围带汽封和隔板汽封的叶片排流场进行了三维流场数值模拟,着重分析了汽封结构内部流动细节。西安交通大学的李军、吕强等运

5、用软件划分非结构网格,一一。运用有限体积法离散方程和标准两方程湍流模型封闭方程组。研究分析了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。计算方法简述隔板汽封常见结构形式介绍分别对带有图五种不同结构形式的隔用于在静叶隔板和主轴之间的隔板汽板汽封叶片级划分结构化网格。在计算域通封装置,目前较为常见的有各种类型的齿形过有限体积法离散求解三维粘性流场控制汽封和刷式汽封。齿形汽封由于其机构简方程、,单造价低目前广泛运用于汽轮机隔板汽’,。冈必马必封中齿形汽封是由固定在隔板上的

6、许多依次排列的环形薄金属汽封片,通过和转轴维式中流场密度持,形成许多环形孔口。泄—流体速度矢量一定得径向间隙口的汽室,—漏蒸汽依次流过这些孔通过汽封,,必通用变量代表速度,,齿的节流作用进入齿后的空腔中耗散减一速,起到密封效果。因此要提高曲径式汽封总能等流场变量的密封性能一方面可以增加汽封齿数,加强广义扩散系数节流作用,另乓一方面可以增强气流在腔室内—的涡流耗散作用,提高气流湍流度,从而减,广义源项小汽封漏气量。刷式汽封作为一种先进的密—,计算进口、,封装置通过用直径约的刷丝和转边界条件给定总温总压气,,口。轴形成较

7、小的径向间隙达到减小漏气面积流沿轴向进气出给定静压壁面绝热无。而降低气流泄漏量本文对以下五种隔板滑移。汽封进、出口截面和叶片通道截面采汽封结构形式见图进行带叶片级取守恒式插值方式连接。离散格式选取中心,、差分格式,湍流模型采用数值计算它们依次为平齿形台阶一方程、一,状直齿形台阶状斜齿形向来流倾斜模型运用多重网格技术加。、、。。台阶状带侧齿形对齿形各速收敛式汽封结构汽封齿和转轴之间的径向间隙计算结果分析取为一致,并且为方便对比级效率损失大流动参数分析小,亦对不带汽封的纯叶片通道模型进行计分别对图一五种汽封结构形式,算。

8、以及无汽封叶片通道几个模型进行数值模拟后,总结流动性能参数见表表流场性能参数进口流量叼泄漏流量留级效率无汽封飞一交‘瓜,台阶状带侧齿形对齿形图隔板汽封压力分布图、图为不同隔板汽封流线图、速度矢量图,直齿形隔板汽封结构简单,加工方便,但是由于齿间气流直通,使得泄漏量较大,对齿形隔板汽封虽然增加齿数,增加、了气流的耗散,但是为了保证汽封齿在差涨,从