透平机械旋转密封试验台设计和数值验证.pdf

第3期
2014年9月
DONGFANG TURBINE
Sep.2014
透平机械旋转密封试验台设计和数值验证
张志勇,李军,江生科
(东方汽轮机有限公司,四川徳阳,618000)
摘要:文章针对透平机槭旋转密封的性能试验要求,设计了述宫密封试验台。所没计的试验台最高转速是8000rmin。
在此基础上,米用商用CFD软件CFX对所设计的旋转密封試验台进行了详细的数值研究。数值研究结果表明所设计的旋
转密封试验台可以满足对密封性能的试验要求。
关键词:透平机楲,旋转密封试验台,迷宫密封,泄特性,數值模拟
中图分类号:TN26
文献标识码:A
文章编号:1674-987(2014)03-001-06
Design and Numerical Simulation of Rotating Seals
Test Rig With Turbomachinery
Zhang Zhiyong, Ii Jun, Jiang Shengke
Dongfang Turbine Co, Ltd, Deyang Sichuan, 618000)
Abstract: According to the requirement of test performances of the turbine rotating seals, an advanced rotating seals test rig is de-
signed and established. The design maximum rotating speed of seals test rig is 8 000 r/min. On this basis, the rotating seals test rig
is numerically simulated by using the CFX of commercial CFD software. Numerical simulation results of the test rig validate that the
test performances can meet the experimental requirements
words: turbomachinery, rotating seal test, labyrinth seal. discharge behavior, numerical simulation
力发电的主要设备汽轮机、燃气轮机以及航空航
前言
天发动机等透平机械的设计尤为重要。现代火力
发电技术对动力装置越来越高的技术经济性要求
在透平机械中,静子部件与转子部件之间的推动了透平机械密封技术的不断发展,先进的转
工质泄漏是主要损失源之一,减小泄漏量是提高子和静子间的旋转密封技术可显著提高透平机械
透平效率的一个有效途径。因此,密封问题的设的工作效率和可靠性。
计研究在科学技术领域有非常重要的意义,对火
旋转密封性能的研究方法主要有热力学分析
作者简介:张志勇(1976-),男,工程师,1999年毕业于哈尔滨工业大学涡轮机专业,现从事汽轮机热力性能试验和设计工作。
第3期
像方洗
2014年9月
DONGFANG TURBINE
Sep.2014
方法、计算流体力学数值分析方法以及试验测量密封间隙等)对密封泄澡特性的影响。通过对国
方法等。现在试验研究工作主要集中在密封泄漏内外有关密封试验的文献资料进行分析和参考,
量的计算及其影响因素(泄漏特性)、流体激振力根据试验的要求设计并搭建了旋转密封试验台,
的测量及其影响因素(动力特性)、密封内温升原包括供气回路、旋转台以及测量系统。试验台能
理及其影响因素(传热特性)、密封内部流场形态完成对转速、进出口和密封腔压力、进出口温度、
及其影响因素(流场显示)日?。
密封间隙和泄漏流量的精确测量。试验中的参数
Reger Paolillo等针对直齿台阶型蜂窝面迷宫要求如表1所示。
密封和斜齿台阶型蜂窝面迷宫密封开展了泄漏特
表1试验参数要求
性及其转速影响的试验研究。 Ahmed和John脚试验
试验参数
试验要求值
研究了密封齿的形状、厚度以及转子偏心对迷宫
进气温度(℃)
20~-40
密封泄漏特性的影响。 Ahmed和 John测量了23
进气压力(MPa)
0.105-0.2
种具有相同转子直径(101.6mm)的不同密封齿
转盘直径(mm
400
转速( r/min)
结构的密封件的泄漏量和腔室中的压力。试验结
0-6000
密封间隙(mm)
0.3~1.2
果表明:对所有的密封装置和压比,增加密封齿
流量(mh)
150~1000
的厚度能使泄漏量降低10%-20%;当密封齿的厚
度从3.175mm増大到6.35mm时,低压比条件
由于旋转密封试验是在高压比、高转速、
下,泄漏量减小20%;高压比条件下,泄漏量减流量下进行的,对试验台的精度和结构强度要求
小10%-15%。 Willenborg和 Schramm对具有光滑很高。本文在设计试验台结构时,参考文献资料
静子和装有蜂窝结构静子的2种阶梯迷宫密封的中已有的试验台结构、根据试验设计要求,先后
传热特性进行了试验研究,研究表明:不考虑密设计了3种方案的试验台结构,进行反复的比较
封几何因素条件下,当周向速度小于轴向速度时,和论证后,选取了图1所示的试验台结构,其为
转速对传热特性的影响可忽略。 Child通过对航单轴、单支撑的结构,转盘两侧为非对称结构。
天器的主机高压氧气泵的试验研究,提出用蜂窝主要的结构由密封试验件、进气稳压腔、转盘、
密封替换迷宫密封可以解决同步振动和亚同步振主轴、轴承、轴承座、底座、电机等部分组成。
动的问题,确保主机的稳定运行。 Denecke等利工质气体从进气口进入试验台的稳压腔,在稳压
用2 D Laser- Doppler- Velocimeter(LDV多普勒激腔中形成稳定、周向均匀的气流,然后进入密封
光测速仪)和硅油滴粒子測量密封通道内的流体试验件进口气室。在密封试验件的进口处气流是
速度分布图。
稳定、周向均匀的。工质气体在密封件的封严作
本文结合我国在蒸汽轮机、燃气轮机及航空用下,透过密封件进入密封件的出口气室,然后
航天发动机中密封设计的具体技术间题,设计并经排气口排入大气环境。泄漏流量是在试验台入
搭建了一套完整的旋转密封试验台,利用商业口处安装涡轮流量计进行测量,因此需保证进入
CFX软件对试验台的性能进行了三维数值模拟。试验台腔室的工质均经过密封试验件后排出。图2
根据数值模拟结果,完成了试验台测量系统的设中的A、B两处为转盘与腔室壁形成的间隙,试验
计和测量仪器的选取。
中会有少量气流从A、B处通过。A处通过的气流
进人一个封闭的腔室,气流稳定后对密封试验件
2试验台的设计与搭建
进口处流场的稳定没有影响,且能保证进入的气
体均通过密封试验件。B处是否通过气流对泄漏
利用旋转密封试验台能够对多种密封结构量的测量不会产生影响,但有可能影响密封试验
(迷宫密封、蜂窝密封、刷式密封)进行泄漏特性件出口处的流场。对B处通过的气流是否会影响
的研究,确定儿种关键因素(如压比、转子转速、密封试验件出口流场的问题,本文进行了数值模
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