进口防旋板对汽轮机交错齿迷宫密封泄漏特性和动力学特性影响研究

摘要

为提高汽轮机高压缸和中压缸之间过桥汽封的气流激振动力学性能、抑制汽轮机轴系振动失稳，针对交错齿迷宫密封，开展了进口防旋板结构方案设计和动力学性能评估研究。首先，建立了具有“虚拟旁路边界”的交错齿迷宫密封动力学计算模型，实现了对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非定常计算流体动力学(CFD)摄动数值方法，对比分析了进口预旋(预旋比为0、0.3、0.5)对无防旋板结构的迷宫密封的动力特性系数的影响规律；最后，详细评估了不同进口防旋板结构方案的止旋抑振性能，比较分析了防旋板倾角和数量对迷宫密封的泄漏量、动力特性系数和周向旋流比分布的影响规律。研究结果表明：迷宫密封泄漏量对防旋板倾角和数量变化不敏感(泄漏量变化小于0.5%);进口预旋会导致迷宫密封交叉刚度和有效阻尼穿越频率增大、有效阻尼减小，易诱发轴系失稳；进口防旋板能够显著减小迷宫密封的交叉刚度(约为53%)和有效阻尼穿越频率(约为24 Hz)、增大有效阻尼，使密封泄漏量略有增加(约为4.5%);相较于直防旋板，45°倾角斜防旋板使密封交叉刚度进一步降低约14%,有效阻尼穿越频率变化较小；当防旋板数由36增加到72时，密封交叉刚度降低约24%,有效阻尼穿越频率减小约5 Hz;而当防旋板数由72增加到144时，密封的转子动力特性对防旋板数变化不敏感；综合考虑加工成本和止旋抑振性能，具有72个直防旋板的迷宫密封进口防旋板结构方案最优。研究结果可为交错齿迷宫密封防旋板设计提供参考。

关键词

迷宫密封 / 泄漏特性 / 动力学特性 / 计算流体动力学 / 防旋板

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52176042)