具有前置凸台防旋板的汽轮机交错齿迷宫密封动力学特性研究

摘要

为提高汽轮机多级轴端迷宫密封动力学性能，针对汽轮机两级轴端交错齿迷宫密封，开展了具有前置凸台的新型防旋板结构方案设计和止旋抑振性能评估。首先，针对两级轴端交错齿迷宫密封，设计了一级和两级传统防旋板、一级和两级前置凸台新型防旋板等动密封防旋板结构方案，并建立了具有“虚拟旁路边界”的有、无防旋板多级交错齿迷宫密封动力学计算模型，实现了对多级动密封进口压力场和高预旋速度场的精准模拟；然后，采用基于多频椭圆轨迹涡动模型的动密封气流激振动力学特性(CFD)摄动数值预测方法，对比分析了无防旋板、传统防旋板和新型前置凸台防旋板作用下，两级交错齿迷宫密封泄漏特性和气流激振动力学特性；最后，通过分析不同防旋板结构方案下，两级交错齿迷宫密封腔室旋流发展、腔室速度场和动态压力分布、转子面气流激振力，阐明了防旋板的止旋抑振机制。结果表明：无防旋板的迷宫密封具有最低的泄漏量，一级传统防旋板或一级前置凸台防旋板的设置会使密封齿数减少，导致密封泄漏量增加约4.5%;相比于一级防旋板，具有两级防旋板的迷宫密封泄漏量增加约5.5%;相比于传统防旋板，前置凸台防旋板可减小交叉刚度、增大有效阻尼；相比于一级防旋板，两级防旋板可减小高涡动频率下的交叉刚度、增大直接阻尼，进而提高密封的有效阻尼；在传统防旋板的基础上设置前置凸台可提升防旋板的止旋性能，且两级防旋板可有效抑制密封下游区域的旋流发展，能显著提升迷宫密封动力学性能、抑制汽轮机轴系振动失稳。

关键词

迷宫密封 / 泄漏特性 / 动力学特性 / 防旋板

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52176042)