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象方翰
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DONGFANG TURBINE
刷式汽封性能试验分析
田朝阳孔祥林周伟久
(东方汽轮机有限公司,四川德阳,618000)
摘要:刷式汽封是近年发展起来的一种高效阻尼密封,其泄量是梳齿迷宫密封的1/5~1/10?,并允许动静之间瞬态严
重不同心而保持密封能力不变,既提高了机组效率,又改善了转子的稳定性,是现代透平机械发展的关键技术之一。为了
研究刷式汽封的密封效果,对刷式汽封和传统迷宫汽封进行性能对比试验,试验结果表明刷式汽封漏气量較小,性能較
好,但对制造加工工艺要求較高。
关键词:刷式汽封;透平机械;性能试验;加工エ艺
Performance Test and Analysis of Brush Steam Seal
Tian Chaoyang, Kong Xianglin, Zhou Weijiu
( Dongfang Turbine Co, Ltd Deyang Sichuan 618000)
Abstract: The brush steam seal is an efficient damping seal developed recently, its gas leakage is about 1/5-1/10 of comb
labyrinth seals, it can keep seals unchanged when occuring transient severe different heart between the rotor and stator, it not only
increases the efficiency of the unit but also improves the stability of the rotor, so it is one of the key technology for the modern
turbomachinery development. A contrast test for the brush steam seal and traditional labyrinth steam seal is made, in order to
research the effect of brush steam seal. The result shows that the brush steam seal has lower or leakage and better performance, but
higher request for manufacturing process
Key words: brush steam seals, turbomachinery, performance test, manufacturing process
汽封是大型旋转机械中用来密封高压汽体泄
0引言
漏的必要部件,汽轮机级内,由于各级前后存在
较大的压差,在隔板和主轴的间隙处,以及动叶
密封问题的设计研究在科学和技术领域有非顶部与汽缸间隙处存在漏气。另外,在汽轮机的
常重要的意义,对汽轮机、燃气轮机以及航空和汽缸两端主轴穿出汽缸处,蒸汽也会从动静间隙
航天发动机等透平机械的设计尤为重要
处向外泄漏,这些都会增加漏气损失,使汽轮机
作者简介:田朝阳(1985-),男,河南人,毕业于华中科技大学,工学学土,助理工程师,从事气动试验研究工作
24g方花
的效率降低,为提高机组效率,广泛采用汽封阻出现永久性的磨损。
挡以上各处的漏汽(气),使通过的工作蒸汽产生
刷式汽封内流动形态与迷宫式汽封有较大的
节流与热力效应而达到密封效果。
区别,由于刷毛東的多孔介质特性,从迷宫式泄
传统迷宫式汽封是一种非接触式刚性密封,漏的气流直接冲撞到刷毛東上,由于刷丝间间隙
间隙较小,汽封齿会在和转子碰磨后很快磨损,的不均匀性,气体进入刷毛東中就变得不均匀了,
而且还会因为两个刚体碰磨而带来安全问题。另
部分经过多孔介质刷毛東渗流进入下一腔室,
外,由于结构限制,传统迷宫汽封在实际运行中另一部分形成回流在腔室内构成一个较大的旋涡
并不能完全保证设计间隙,由于机组起到过临界,流,将气流的动能转化为热能。由于刷毛束破坏
异常的振动超差,甚至由于运行人员的操作失误了流动而确保流动的不均匀性,使流体产生了自
等原因,都有可能造成汽封永久性磨损,而密封密封效应,泄漏的气流经过刷毛東后压力下降较
间隙也会大幅增加,引起泄漏损失的增大,因此大,因此刷毛東能够有效阻止气流的泄漏量,提
仅仅通过更换汽封圈不能有效提高机组效率。
高密封效果。随着压比的増大,刷子中刷丝的密
刷式汽封是一种柔性密封,它能适应转子的度增加,刷丝之间的空隙减少而使有效的泄漏面
瞬间径向变形或偏心运动,因此能做到在保证安积减少,同时使泄漏流动的阻力增大,从而使泄
全的前提下尽量减小密封间隙,同时由于增加了漏随压比的増加梯度降低。
转子振动阻力,还有利于改善转子的稳定性。由
多孔介质内流动相对于非多孔介质流动要受
于刷式汽封较好的密封效果,在国外已得到广泛到附加的流体与刷丝束表面间摩擦阻力的作用。
应用,在航空发动机领域,刷式汽封的应用已超多孔介质的渗透率系数是多孔介质通过流体能力
过10年;在工业燃气轮机领域,世界几大知名企的表征参数。牛顿流体通过多孔介质的速度和压
业也均在其产品中采用了刷式密封回
降可由 Darcy定律给出。
-dp/da =u/K
刷式汽封工作原理
其中,x代表流动的方向,K是多孔介质的
渗透率系数,z是x上的流动速度,P和ル是流体
刷毛厚度
的压力和动力粘性系数。
刷毛束
前面板
式(1)是仅考虑了粘性阻力效应的线性化的
后而板
Darcian多孔介质模型。针对刷式密封,发展了考虑
粘性阻力和内部阻力的压降计算公式,见式(2)
制毛角
dpdx=auu+b, p I u, I u,
(2)
转子转向
其中,a是三个正交方向的粘性阻力系数,b
是三个正交方向的内部阻力系数。
轴
式(2)简化为式(3)
图1刷式汽封结构简图
-dpdr=(a, I u I+B, )u
3)
其中,a和B分别表示内部阻力和粘性阻力。
刷式汽封由前、后固定面板及夹持中间的高已知a和B可以计算多孔介质的渗透率系数K。
密度集高温合金细金属丝组成的刷毛束构成,如
图1所示。刷丝沿转子旋转方向有一定的倾角,2试验方法
这样每根细金属丝都类似于小弹簧,集合而成的
刷毛東能通过柔性退让吸收转子的径向偏移,并
刷式汽封和传统迷宫式汽封试验在汽封试验
且很容易恢复闭合状态,保证优越的密封性,即台进行,汽封试验台系统如图2所示。试验台最
使短暂与转子过盈接触也不会像迷宫式汽封一样大试验压比可达1.8,最高转速达600omin。试验