1、 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/汽 轮 机 低 压 末 级 隔 板 低 直 径 汽 封 和 对 齿 迷 宫 式 汽 封 的数 值 分 析 对 比杨 建 道 , 杨 锐 , 史 立 群 , 彭 泽 瑛上 海 电 气 电 站 设 备 有 限 公 司摘 要 在 汽 轮 机 低 压 末 几 级 隔 板 中 , 有 两 种 比 较 典 型 的 汽 封 结 构 形 式 一 一 低 直 径 汽 封 和 对齿 迷 宫 式 汽 封 。 在 某 机 组 改 造 末 三
2、 级 长 叶 片 优 选 过 程 中 , 针 对 两 种 类 型 的 隔 板 汽 封 ,在 末 三 级 环 境 中 , 开 展 全 三 维 分 析 , 对 比 两 者 的 密 封 效 果 , 及 对 整 个 级 效 率 的 影 响 。 数值 结 果 表 明 , 两 种 汽 封 结 构 均 有 较 好 的 密 封 效 果 , 对 齿 迷 宫 式 汽 封 配 合 新 型 设 计 的 末 三 级 叶片 , 具 有 较 高 的 气 动 效 率 , 有 助 于 改 善 叨 机 组 低 压 缸 整 体 经 济 性 。关 键 词 低 直 径 汽 封 对 齿 迷 宫 式 汽 封 数 值 分 析一一 , , 一
3、 , 一,一 一, 一, 一 ,前 言在 最 近 的 多 年 里 , 随 着 计 算 流 体 力 学 和 计 算 机 技 术 的 不 断 发 展 , 汽 轮 机 通 流 部 分 设 计 技术 日 趋 完 善 , 漏 汽 损 失 逐 渐 成 为 制 约 汽 轮 机 效 率 提 高 的 一 个 重 要 因 素 , 汽 封 性 能 的 好 坏 , 直 接 影响 整 个 机 组 的 经 济 性 和 安 全 可 靠 性 。 汽 封 流 动 的 复 杂 性 , 使 得 在 很 长 一 段 时 间 内 , 实 验 成 为 研 究汽 封 流 动 特 征 、 设 计 新 型 汽 封 的 唯 一 手 段 【 。
4、对 汽 封 内 流 动 的 数 值 模 拟 及 设 计 方 法 研 究 , 随 着 汽封 性 能 的 日 益 被 重 视 , 有 很 大 的 发 展 , 其 内 容 包 括 数 值 计 算 方 法 , 汽 封 特 性 , 泄 漏 与 主 流 的 掺 混作 用 等 等 。在 某 机 组 通 流 改 造 设 计 中 , 针 对 低 压 末 三 级 长 叶 片 的 选 型 , 采 用 全 三 维 数 值 模 拟 的方 式 , 对 两 个 等 级 的 末 三 级 叶 片 流 场 做 了 细 致 的 对 比 , 在 末 三 级 整 体 通 流 中 , 着 重 考 虑 了末 级 长 叶 片 的 隔 板 汽
5、 封 和 叶 顶 间 隙 对 通 流 效 率 的 影 响 。 在 木 文 中 , 特 别 关 注 两 种 隔 板 汽 封 低直 径 汽 封 和 多 对 齿 迷 宫 式 汽 封 内 图 的 流 场 以 及 隔 板 汽 封 泄 漏 流 动 对 主 流 通 道 的 影 响 , 为 该机 组 低 压 通 流 改 造 提 供 依 据 。 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/图 末 级 隔 板 低 直 径 汽 封 左 和 多 对 齿 迷 宫 式 汽 封 示 意 图
6、右计 算 区 域本 项 目 针 对 末 三 级 叶 片 的 对 比 选 型 , 故 而 在 做 全 三 维 分 析 的 时 候, 分 别 选 取 两 组 叶 片在所的 末 三 级 通 流 作 为 计 算 区 域 , 为 了 方 便 计 算 收 敛 , 在 进 出 口 分 别 做 一 定 的 延 伸 见 图 、进 行 两 组 叶 片 等 墒 效 率 对 比 的 时 候, 则 分 别 选 取 靠 近 叶 片 的 进 出 口 面 上 的 平 均 参 数 。 根 据 图示 的 隔 板 汽 封 结 构 , 在 纯 通 流 的 基 础 长 , 加 上 隔 板 汽 封 通 道 和 末 级 叶 片 叶 顶 间
7、 隙 。数 值 方 法计 算 网 格各 排 的 计 一 算 网 格 采 用 商 用 软 件 的 模 块 生 成, 计 算 区 域 进 出 口 各 有 一 个 延 长什 片 所 存 区 域 都 夹 用 默 认 的 分 块 网 格 结 构 见 图 ,其 关 键 是 在 叶 片 周 围 采 用 。 型 拓 扑 结 构 , , 利 用 。 型 网 格 和 分 块 网 格 的 特 点 , 很 好 的 拟 合 了 叶 型同 时 解 决 了 叶 片 扭 转 过 大 、 生 成 网 格 质 量 差 的 问 题 。 隔 板 汽 封 通 道 内 网 格 则 采 用 的功 能 , 导 入 实 际 汽 封 平 面 的
8、 几 何 , 在 平 面 内 铺 设 二 维 网 格 , 夕 后 卜 考 自 动 牛 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/成 三 维 结 构 网 格 图 , 壁 面 网 格 尺 度 。图 网 格 拓 扑 结 构 图 隔 板 汽 封 平 面 网 格 低 直 径 汽 封 多 对 齿 迷 宫 式 汽 封数 值 方 法数 值 模 拟 使 用 的 三 维 雷 诺 平 均 一 方 程 求 解 软 件 , 计 算 中 使 用 的中 心 差 分 格 式 和 一 一 一
9、方 程 湍 流 模 型 “ , 采 用 四 阶 一 法 时 间 推 进 。 金算 工 质 为 水 蒸 气 , 数 等 于 , 动 静 交 接 面 采 用 混 合 平 面 模 型 。 为 了 加 速 收 敛 , 使 用 了 层 的多 重 网 格 方 法 和 隐 式 残 差 平 均 技 术 。 边 界 条 件 在 进 口 给 定 总 温 总 压 , 出 口 给 定 背 压 。两 组 末 三 级 叶 片 的 热 力 参 数 , 分 别 由 热 力 计 一 算 确 定 见 表 。 这 里 的 末 三 级 效 率 计 算 , 由于 末 三 级 叶 片 通 流 计 算 的 时 候 , 无 法 准 确 的
10、模 拟 排 汽 蜗 壳 的 流 场 , 故 而 在 针 对 末 三 级 叶 片 效 率 对比 时 , 在 叶 片 进 出 口 靠 近 叶 片 的 位 置 截 取 进 出 口 平 面 , 在 该 进 出 口 面 上 进 行 面 平 均 求 末 三 级 叶 片的 进 出 口 参 数 , 然 后 再 计 算 总 一 总 效 率 和 总 一 静 效 率 。结 果 分 析在 本 项 目 分 析 对 比 中 , 分 别 对 两 组 低 压 末 三 级 叶 片 , 在 不 考 虑 隔 板 汽 封 和 叶 顶 间 隙 , 以 及 综合 考 虑 叶 顶 间 隙 和 隔 板 汽 封 的 四 个 对 比 工 况 ,
11、 在 进 出 口 条 件 不 变 的 情 况 下 , 考 虑 隔 板 汽 封 和 叶 顶间 隙 算 例 的 计 算 流 量 均 有 所 减 少 , 原 因 主 要 在 于 末 级 叶 顶 间 隙 流 动 , 改 变 了 计 算 所 用 排 汽 导 流 环的 性 能 , 且 差 别 不 大 。 末 级 叶 片 叶 顶 间 隙 , 末 级 叶 片 叶 顶 间 隙 从 一 一之 间 变 化 , 相 对 来 说 叶 片 叶 顶 间 隙 要 打 很 多 , 但 是 由 于 两 者 前 后 压 差 的 影 响 , 泄 漏 量 仅 相差 一 倍 。 对 于 隔 板 汽 封 而 言 , 两 者 均 有 比 较
12、 好 的 密 封 性 能 但 是 结 合 各 自 的 通 流 设 计 特 色 ,叶 片 没 三 级 压 降 较 小 , 多 对 齿 迷 宫 式 汽 封 的 密 封 效 果 相 对 较 好 , 故 而 叶 片 隔 板 漏 汽 量 小 ,具 体 见 表 。表 末 三 级 叶 片 热 力 参 数进进进 口 总 压压 进 口 温 度度 出 口 静 压压 计 算 流 量量 末 三 级 效 率率纯 通 流流考 虑 叶 顶 间 隙隙和和和和和和和 隔 板 汽 封封封封封封封封封封封封封封封封封封封封封封封封封封封封表 两 者 隔 板 、 叶 顶 的 漏 汽 量 对 比隔隔隔 板 漏 汽汽 单 个 叶 顶 漏
13、 汽汽 叶 顶 总 漏 汽汽 漏 汽 占 总 流 量 百 分 比比隔隔隔隔隔隔 板 漏 汽汽 叶 顶 漏 汽汽 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/汽 封 通 道 内 的 流 动图 、 分 别 为 末 级 隔 板 低 直 径 汽 封 和 多 对 齿 迷 宫 式 汽 封 通 道 内 的 流 动 情 况 , 两 者 的 密 封 性能 较 好 , 汽 封 两 侧 压 力 分 布 均 匀 , 压 降 主 要 发 生 在 汽 封 内 部 , 通 道 腔 室 内 均
14、 有 明 显 的 大 尺 度 漩 涡 ,汽 封 齿 内 部 漩 涡 结 构 强 烈 , 起 到 很 到 的 耗 散 作 用 。 低 直 径 汽 封 结 构 , 设 计 只 有 两 个 平 齿 , 齿 顶 漏气 直 通 图 放 大 多 对 齿 迷 宫 式 汽 封 , 由 上 下 不 同 齿 距 的 镶 片 式 汽 封 齿 组 成 , 由 于 低 压 部 分 差胀 较 大 , 设 计 为 穿 透 式 结 构 , 每 个 齿 内 涡 流 结 构 不 同 , 产 生 较 大 的 压 力 耗 散 图 放 大 。图 末 级 隔 板 低 直 径 汽 封 内 流 动 情 况 图 末 级 隔 板 多 对 齿 汽
15、 封 内 流 动 情 况汽 封 漏 气 对 动 叶 叶 根 流 动 的 影 响图 、 为 不 考 虑 末 级 隔 板 汽 封 和 叶 顶 间 隙 的 情 况 , 纯 没 三 级 通 流 进 行 数 值 模 拟 , 其 中 , 图为 采 用 低 直 径 隔 板 汽 封 的 末 级 叶 片 根 部 和 面 上 的 极 限 流 线 , 图 为 采 用 多 对 齿 迷 宫式 隔 板 汽 封 的 末 级 动 叶 根 部 叶 片 表 面 和 面 上 的 极 限 流 线 。 从 极 限 流 线 可 以 看 到 , 两组 末 级 叶 片 压 力 面 上 流 动 均 匀 , 截 面 流 动 滞 止 点 在 叶
16、片 前 缘 , 冲 角 损 失 小 。 在 吸 力 面 上 , 由 于壁 面 二 次 流 的 影 响 , 型 线 后 有 一 个 通 道 涡 , 引 起 动 叶 损 失 增 加 。 图 、 为 详 细 考 虑 了 末级 隔 板 汽 封 和 末 级 动 叶 叶 顶 间 隙 流 动 的 情 况 , 其 中 图 为 采 用 低 直 径 隔 板 汽 封 的 末 级 叶片 根 部 和 面 上 的 极 限 流 线 , 图 为 采 用 多 对 齿 迷 宫 式 隔 板 汽 封 的 末 级 动 叶 根 部 叶 片表 面 和 面 上 的 极 限 流 线 。 从 极 限 流 线 可 以 看 到 , 两 组 末 级
17、叶 片 压 力 面 上 流 动 也 比 较 均 匀 ,截 面 流 动 滞 止 点 也 在 叶 片 前 缘 , 略 有 偏 移 , 冲 角 损 失 也 不 大 。 相 比 图 、 而 言 , 两 者 在 吸 力 面 上 ,一 方 面 由 于 壁 面 二 次 流 的 影 响 , 另 一 方 面 , 山 于 隔 板 汽 封 漏 气 汇 入 主 流 , 在 吸 力 面 附 近 , 山 于 主流 压 力 梯 度 的 影 响 发 生 掺 混 , 加 剧 了 叶 片 根 部 的 通 道 涡 , 相 比 图 、 , 两 者 叶 根 表 面 的 极 限 流 线 1994-2010 China Academic
18、Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/偏 转 前 移 到 较 大 区 域 , 引 起 动 叶 叶 根 型 线 损 失 增 加 。图 末 级 动 叶 根 部 叶 片 表 面 极 限 流 线上 压 力 面 下 吸 力 面图 末 级 动 叶 根 部 叶 片 表 面 极 限 流 线上 压 力 面 下 吸 力 面图 末 级 动 叶 根 部 叶 片 表 面 极 限 流 线考 虑 隔 板 汽 封 上 压 力 面 下 吸 力 面图 末 级 动 叶 根 部 叶 片 表 面 极 限 流 线考 虑 隔 板 汽 封 上 压 力
19、面 下 吸 力 面汽 封 漏 气 对 动 叶 叶 型 损 失 的 影 响图 不 考 虑 隔 板 汽 封 、 叶 顶 问 隙 情 况 下 末 级 动 静 叶 片 叶 型 损 失 沿 叶 高 的 分 布 , 图 为 考 虑 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/隔 板 汽 封 、 叶 顶 间 隙 情 况 下 末 级 动 静 叶 叶 型 损 失 沿 叶 高 的 分 布 。 在 不 考 虑 叶 顶 间 隙 和 隔 板 汽 封 的纯 通 流 分 析 , 从 图 可
20、以 看 到 , 叶 片 末 级 动 静 叶 叶 型 损 失 也 叶 高 分 布 均 匀 , 平 均 在 左右 , 叶 根 部 分 稍 高 , 但 也 在 左 右 。 而 末 级 动 静 叶 叶 型 损 失 沿 叶 高 分 布 不 均 匀 , 静 叶 损失 比 末 级 静 叶 损 失 略 大 , 动 叶 的 损 失 上 半 部 分 差 不 多 , 但 是 根 部 波 动 很 大 , 尤 其 叶 根 附 近 ,损 失 超 过 。 两 组 叶 片 末 级 考 虑 了 叶 顶 间 隙 和 隔 板 汽 封 之 后 , 对 静 叶 的 影 响 比 较 小 , 但 是 对 末级 动 叶 则 有 较 大 的
21、影 响 , 尤 其 是 叶 顶 间 隙 漏 汽 损 失 图 。 从 图 可 以 看 到 , 虽 然 隔 板 漏 汽量 很 少 , 仅 占 设 计 流 量 的 左 右 , 但 是 漏 汽 对 主 流 的 干 扰 作 用 明 显 , 导 致 叶 根 损 失 增 加 , 故 而采 用 更 为 高 效 的 多 齿 对 齿 汽 封 对 减 少 漏 汽 , 降 低 损 失 有 较 大 的 作 用 。图 不 考 虑 隔 板 漏 汽 时 沿 叶 高 的 叶 型 损 失 图 考 虑 隔 板 漏 汽 时 沿 叶 高 的 叶 型 损 失结 论相 对 于 隔 板 汽 封 来 说 , 两 者 的 漏 汽 量 都 比 较
22、 小 , 对 比 而 言 , 叶 片 的 多 对 齿 迷 宫 式 汽封 密 封 性 能 要 好 一 些 。 虽 然 隔 板 汽 封 漏 气 量 都 不 大 , 相 对 主 流 只 有 不 到 , 但 是 隔 板 漏 气 对 下游 的 动 叶 叶 根 附 近 流 动 却 有 很 大 的 影 响 , 漏 气 会 加 剧 动 叶 根 部 的 二 次 流 损 失 。 从 末 级 动 叶 沿 叶 高的 总 压 损 失 来 看 , 隔 板 漏 汽 对 叶 型 的 损 失 还 是 有 比 较 大 的 影 响 的 , 应 该 尽 量 减 少 隔 板 漏 汽 , 以 减轻 对 末 级 动 叶 根 部 流 场 的 扰 动 。参 考 文 献【 非 接 触 密 封 。 北 京 机 械 工 业 出 版 社 ,蔡 虎 , 朱 斌 等 。 汽 封 泄 漏 流 动 对 透 平 叶 片 级 通 道 主 流 影 响 的 数 值 研 究 。 工 程 热 物 理 学 报 , ,【 , 【 , 一【 , 一 【, 一 ,
