透平双重径向轮缘密封非定常燃气入侵特性研究

郭粲; 白波; 雷隆; 李志刚; 李军

西安交通大学学报 ›› 2024, Vol. 58 ›› Issue (10) : 95 -107.

郭粲, 白波, 雷隆, 李志刚, 李军

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摘要

针对燃气入侵导致部件热疲劳和涡轮气热性能降低问题，提出了一种双重径向轮缘密封结构。采用数值求解三维非定常雷诺平均湍流模型(URANS)和SST k-ω湍流模型的方法，研究了4种封严冷气量下双重径向轮缘密封的时均封严效率和非定常流动特性，对燃气入侵和冷气出流特性进行了分析。研究表明：所提结构的内腔可以达到封严状态，外腔时均封严效率随封严冷气量的增加而增加；密封间隙内的非定常流动特性受较大Kelvin-Helmholtz不稳定旋涡影响，高温燃气直接冲击转盘壁面的过渡圆弧结构，并在该位置与冷气掺混形成顺时针旋涡阻止冷气出流，呈现左侧封严效率的高封严效率区和右侧的低封严效率区；受高动量封严冷气作用，入侵燃气向静盘侧偏移形成大尺度逆时针旋涡，进一步阻止燃气入侵。封严冷气流出后沿动叶端壁向下游流动，同时受叶栅通道旋涡卷吸作用逐渐脱离壁面，使得对端壁的冷却效果降低，在动叶尾缘处冷却效率降低至0.03以下。该研究为燃气透平双重径向轮缘密封的非定常燃气入侵和封严机理，以及封严冷气对下游端壁影响的研究提供了一定的参考。