袋型阻尼密封泄漏特性影响因素研究.doc

袋型阻尼密封泄漏特性影响因素研究     摘要:采用数值求解三维reynolds-averagednavier-stokes(rans)方程和标准k-e紊流模型方法,研究了压比、转速、密封间隙对袋型阻尼密封泄漏特性的影响规律,并分析了密封内的流动形态。计算了6种压比、4种转速、4种密封间隙下袋型阻尼密封的流场和泄漏量。数值计算得到的泄漏量与试验值吻合良好,验证了数值方法的可靠性。研究结果表明: 相同转速和密封间隙下,袋型阻尼密封泄漏量随压比的减小而增大,当压比减小到一定程度时(压比<),,这时密封泄漏量将达到与密封进口总压相对应的最大值,即发生堵塞;相同压比和密封间隙下,泄漏量随转速的增大而减小,且转速越大,泄漏量减小的越快;相同转速和压比下,泄漏量随密封间隙的增大而线性增大;袋型阻尼密封腔室隔板能有效的减小腔室中气流周向速度。关键词:袋型阻尼密封;泄漏特性;数值模拟 0引言透平机械旋转密封泄漏特性、转子动力特性及其影响因素的研究对于提高透平机械的气动性能和运行安全性具有重要作用。随着透平机械向高温度、高压力、高转速方向发展,低泄漏和高阻尼性能的阻尼密封技术的研发是进一步提高透平机械能量转换效率和运行安全性最有效和最经济的关键革新技术之一。新近发展的袋型阻尼密封技术由于其优良的转子动力特性而得到重视并在透平机械动密封系统设计中逐步得到应用[1]。美国德克萨斯a&m大学的vance和shultz[2]率先提出了袋型阻尼密封的结构设计并开展了相应的试验研究。如图1所示,袋型阻尼密封在传统迷宫密封结构的基础上,在静子面沿周向设置一些隔板减小流体的周向流动,增加透平机械转子系统在密封件处的阻尼,使得转子系统的稳定性得到加强。在试验研究和工程应用中,袋型阻尼密封均能有效的降低转子振动幅度[2]。针对袋型阻尼密封的研究主要集中在其泄漏特性和转子动力特性,国内目前还没有开展对袋型阻尼密封的实质研究,国外对袋型阻尼密封的研究主要集中在美国德克萨斯a&m大学叶轮机械实验室,该实验室的shultz[3],childsandvance[4],gamal[5]和laos[6]对袋型阻尼密封泄漏特性和转子动力特性的研究做了很多工作。gamal[5]试验研究了三种袋型阻尼密封(6齿,8齿,12齿)在高压比、高转速条件下的泄漏特性。研究表明齿型、密封腔室宽度、密封齿数对袋型阻尼密封的泄漏量具有显著影响,且几种影响因素的作用结果相互耦合。 laos[6]实验测量和理论分析了袋型阻尼密封在偏心涡动运行状态下的泄漏和动力特性,并与迷宫密封进行了比较。laos测量了两种4个密封齿的袋型阻尼密封(一个为4个袋型腔室,一个为8个袋型腔室)和一种6个密封齿的迷宫密封的泄漏量。结果表明:虽然迷宫密封的密封齿数大于袋型密封,但其泄漏量却明显大于两种袋型密封的泄漏量。ertas[7,8]试验研究了袋型阻尼密封的转子动力特性,试验中采用动态压力响应和机械阻抗两种方法测量分析了12齿和8齿直通式和发散式袋型阻尼密封与频率相关的转子动力特性系数。试验结果表明,袋型阻尼密封转子动力特性的影响因素主要有:进出口密封间隙比、压比、转速、振动频率等,其中在密封腔室出口的密封齿上开槽的方法能够有效增大密封的直接阻尼,发散型的密封具有较大负的直接刚度。虽然袋型阻尼密封的转子动力上