厚壁环形蜂窝密封和孔型密封封严特性及吸气抑制叶片振动的研究

论文摘要

随着介质压力和流量等参数不断提高,叶轮机械对密封和稳定性的要求越来越高。蜂窝密封性能优异,但传统钢蜂窝密封不能应用在工作介质为易燃易爆的机组,且加工工艺复杂,材料要求特殊,成本高。厚壁铝材蜂窝密封和孔型密封便于整体加工,且安全性更高,与钢蜂窝密封相比有独特的优势。另一方面,叶片振动一直是叶轮机械领域的一个难点,工程中行之有效的叶片减振方法较少。本文针对这两方面的问题,开展了以下主要工作：1)基于三维整圈模型,数值计算了不同结构参数下厚壁蜂窝密封和孔型密封的封严特性,结合气流反冲作用和旋涡结构解释了结构参数对两种密封封严特性影响的机理,并比较了两种密封的密封性能优势。结果表明,孔深度变化时,孔腔内的反冲气流和旋涡结构会发生明显变化,气流反冲作用越强烈,在密封间隙区域形成的局部低速区越明显,密封泄漏量越小。芯格尺寸(孔直径)3.2mm,壁厚0.8mm时,泄漏量最小时的蜂窝孔(圆柱孔)深度为0.8mm；孔深度较大时,芯格尺寸(孔直径)对泄漏量影响较小,孔深度较小时,泄漏量随芯格尺寸(孔直径)的增大呈减小趋势,增大到一定程度后泄漏量趋于稳定；泄漏量随壁厚的增大而增大,壁厚在0.4～1.0mm内变化时厚壁蜂窝密封的泄漏量变化相对平稳；总体来看,厚壁蜂窝密封和孔型密封密封性能相差不大,不同参数下两者优势略有不同。2)应用蜂窝密封技术对石化电力行业多台汽轮机、轴流压缩机进行了技术改造,解决了长期困扰企业的机组密封泄漏、润滑油含水和叶片严重水蚀等问题。改造效果表明,石化电力叶轮机械中应用蜂窝密封可显著改善机组性能。3)实验研究了叶顶吸气效应对叶片振动的抑制作用,通过数值计算分析了吸气对叶片周围流场的影响。结果表明,微量吸气效应能有效抑制叶片振动。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源、研究背景和意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 研究目的和意义
• 1.2 蜂窝密封的研究与应用概况
• 1.2.1 蜂窝密封的密封性能研究
• 1.2.2 蜂窝密封的阻尼特性研究
• 1.2.3 蜂窝密封加工方法概述
• 1.2.4 蜂窝密封在石化电力行业中的应用
• 1.3 孔型密封的研究概况
• 1.4 叶轮机械中应用射流和吸气改善机组性能的研究
• 1.4.1 稳恒射流、脉动射流和离散射流
• 1.4.2 吸气
• 1.4.3 合成射流
• 1.5 课题研究的主要工作
• 第二章 厚壁环形蜂窝密封封严特性的数值研究
• 2.1 引言
• 2.2 使用软件简介
• 2.3 计算模型和数值模拟方法
• 2.3.1 计算模型
• 2.3.2 密封间隙径向网格层数对泄漏量影响的分析
• 2.3.3 整体模型网格无关性分析
• 2.3.4 计算方法的验证
• 2.4 计算结果及分析
• 2.4.1 厚壁环形蜂窝密封流场特征
• 2.4.2 蜂窝孔深度对密封性能的影响
• 2.4.3 蜂窝芯格尺寸对密封性能的影响
• 2.4.4 壁厚对密封性能的影响
• 2.4.5 转速对密封性能的影响
• 2.5 本章小结
• 第三章 孔型密封封严特性的数值研究
• 3.1 引言
• 3.2 计算模型和数值模拟方法
• 3.3 计算结果及分析
• 3.3.1 孔型密封流场特征
• 3.3.2 孔深度对密封性能的影响
• 3.3.3 孔直径对密封性能的影响
• 3.3.4 壁厚对密封性能的影响
• 3.3.5 转子转速对密封性能的影响
• 3.4 孔型密封与蜂窝密封密封性能的比较
• 3.4.1 不同孔深度下的比较
• 3.4.2 不同孔直径/芯格尺寸下的比较
• 3.4.3 不同壁厚下的比较
• 3.4.4 不同转速下的比较
• 3.5 本章小结
• 第四章 蜂窝密封在石化电力行业中的工程应用
• 4.1 引言
• 4.2 蜂窝密封在轴流压缩机中的应用
• 4.2.1 问题及分析
• 4.2.2 改造设计方法
• 4.2.3 改造效果
• 4.3 蜂窝密封在KT1253小透平中的应用
• 4.3.1 问题及分析
• 4.3.2 改造设计方法
• 4.3.3 改造效果
• 4.4 蜂窝密封在50MW汽轮机动叶片叶顶的应用
• 4.4.1 问题及分析
• 4.4.2 改造设计方法
• 4.4.3 改造效果
• 4.5 本章小结
• 第五章 叶顶吸气效应抑制叶片振动的研究
• 5.1 引言
• 5.2 吸气效应抑制叶片振动的实验研究
• 5.2.1 实验台及实验方法
• 5.2.2 不同位置吸气对叶片振幅的影响
• 5.2.3 吸气缝隙长度的影响
• 5.3 吸气对叶片周围流场影响的数值模拟
• 5.3.1 简化计算模型
• 5.3.2 无吸气条件时的流场特性
• 5.3.3 不同位置吸气对叶片周围流场的影响
• 5.3.4 不同速度下的吸气对叶片周围流场的影响
• 5.3.5 模型实验与数值模拟的比较
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书