蜂窝密封是抑制透平机械流体泄漏、提高系统稳定性的重要部件。建立蜂窝密封非定常数值计算模型,研究不同进口流体预旋比和孔序对密封动力特性的影响,并分析蜂窝密封内部流动特性。研究表明不同预旋比和孔序对蜂窝密封直接刚度系数和直接阻尼系数影响较小,但正预旋比和交错孔结构会导致蜂窝密封平均交叉刚度系数增大、有效阻尼系数降低,负预旋比将降低蜂窝密封平均交叉刚度系数、提高有效阻尼系数。预旋可有效改善蜂窝密封孔内周向压力分布的均匀程度,然而交错孔结构易增加孔内周向压力不均匀程度。进口流体正预旋和交错孔结构使转子表面负的气流力绝对值减小,增大转子涡动速度和位移,降低系统稳定性。而负预旋可有效增大负的气流力的绝对值,进而提高系统稳定性。进口流体预旋对蜂窝密封泄漏量影响较小,而交错孔蜂窝密封...

为研究超临界二氧化碳(Supercritical Carbon Dioxide,SCO2)扇贝阻尼密封在不同工况下动力稳定性,建立SCO2扇贝阻尼密封数值计算模型,分析进口压力、温度及转速对SCO2扇贝阻尼密封动力特性及泄漏特性的影响。结果表明直接复合刚度随涡动频率增加由正变负;交叉复合刚度随进口温度、压力增加而减小,随转速增加而增大;SCO2扇贝阻尼密封的有效阻尼随进口温度、转速增加而减小,随进口压力增加而增大,进口压力为8.1 MPa时有效阻尼约为7.7 MPa时的1.7~2.9倍;扇贝阻尼密封直接复合刚度、有效阻尼整体上大于迷宫密封,稳定性高于迷宫密封,但泄漏量略高于迷宫密封。

光滑环形气体密封动态特性对透平机械转子系统稳定性有直接影响。建立三维数值分析模型,应用基于微元理论的密封动力特性系数识别方法计算光滑环形气体密封在2种出口状态(非阻塞/阻塞)、5种偏心率(ε=10%,30%,50%,70%,80%)以及3种长径比(L/D=0.5,1.0,1.5)工况下密封动态流动特性。结果表明:在不同出口状态下(L/D=1.0),密封直接刚度系数均随偏心率及涡动频率的增加而减小,交叉刚度系数绝对值与直接阻尼系数随偏心增加而增大。密封在高偏心情况下,必须考虑偏心率对密封特性系数的影响,不能简化为传统四个动力特性系数。不同涡动频率下,有效阻尼系数随偏心率、长径比增大表现相反的变化趋势,低频涡动、高偏心、长径比越大的转子系统更容易失稳。

在建立倾斜齿迷宫密封三维数值模型的基础上,应用密封动力特性识别模型和数值计算方法,研究了倾斜齿迷宫密封动力特性和减振机理。结果表明相比于直齿迷宫密封(Straightteeth labyrinth seal, STLBS),前倾齿迷宫密封(Forward inclined-tooth labyrinth seal, FILBS)泄漏量明显偏低,而后倾齿迷宫密封(Backward inclined-tooth labyrinth seal, BILBS)泄漏量明显偏高;3种迷宫密封动力特性系数关系为FILBS>STLBS>BILBS,且BILBS动力特性系数对后倾角变化更敏感。随前倾角增大,存在最佳倾角范围(45°~60°)使得密封有效刚度几乎保持不变,有效阻尼最高;与STLBS相比,FILBS可增大转子表面负的切向力绝对值,使密封动力稳定性提升,而BILBS易导致密封稳定性下降。

设计搭建密封动力特性实验识别装置,基于阻抗法对交错式迷宫密封动力特性系数开展实验识别,并与数值计算结果进行对比。结果表明数值计算的结果整体上略小于实验识别的交错式密封动力特性系数,但随涡动频率变化趋势上具有良好吻合性,应用阻抗法可有效识别密封动力特性。实验与数值计算所得交错式迷宫密封直接刚度系数恒为负值,存在静态不稳定问题;有效阻尼在低频时为负值,其绝对值同进口压力及转速正相关,中高频激励时转为正值,随涡动频率变化较为稳定。

蜂窝密封是减小透平机械工质泄漏的重要部件,本文设计并搭建了蜂窝密封泄漏实验装置,采用实验与理论相结合的方法,研究了背压阀门开度λ、转速及进口压力对蜂窝密封泄漏量的影响。结果表明实验结果与理论计算吻合较好,相对误差在6%以内;在同一背压阀门开度下,密封泄漏量随着进口压力增大而增加,随着转速升高密封泄漏量几乎保持恒定;在进口压力和转速不变情况下,密封泄漏量随着背压阀门开度的增大而增加,当背压阀门开度λ=1时泄漏量达到峰值;与背压阀门开度λ=1相比较,当背压阀门开度λ=0时密封泄漏量最高可降低约15.9%。