螺旋槽结构对SCO₂压气机轴端干气密封性能影响的数值研究

简介

针对450MWe超临界二氧化碳(SCO2)压气机设计的轴端螺旋槽干气密封结构,采用数值求解三维雷诺时均Navier-Stokes(RANS)和SST湍流模型的方法研究了螺旋槽深度和角度对其性能的影响。基于与实验测量的空气介质的螺旋槽干气密封性能实验数据的对比,验证了数值方法的准确性。计算了5种螺旋槽深度和4种螺旋角下SCO2螺旋槽干气密封的泄漏量、开启力和开漏比。结果表明螺旋槽深度的增加会显著提升干气密封螺旋槽根部的最高压力和高压力区域,进而导致具有更高的开启力,同时增加了泄漏量。螺旋角为20°时,螺旋槽深度从3μm增加至7μm,开启力最大增加9.07%;螺旋角为25°时,泄漏量最大增加18.67%;螺旋角为15°时,螺旋槽深度是3μm的干气密封具有最大的开漏比,此时干气密封在各螺旋槽深度下具有最好的综合性能。研究工作可为SCO2螺旋槽干气密封性能分析提供参考。