汽轮机低压末级隔板低直径汽封和对齿迷宫式汽封的数值分析对比

汽轮机低压末级隔板低直径汽封和对齿迷宫式汽封的

数值分析对比杨建道杨锐史立群彭泽瑛上海电气电站设备有限公司,

,

,

摘要在汽轮机低压末几级隔板中有两种比较典型的汽封结构形式一一低直径汽封和对,

齿迷宫式汽封值结果表明,

。

在某,

机组改造末三级长叶片优选过程中针对两种类型的隔板汽封,

,

在末三级环境中开展全三维片,

分析

,

对比两者的密封效果,

,

及对整个级效率的影响。

。

数

两种汽封结构均有较好的密封效果,

对齿迷宫式汽封配合新型设计的末三级叶

具有较高的气动效率

有助于改善

叨

机组低压缸整体经济性

关键词

低直径汽封

对齿迷宫式汽封

数值分析

一

一

,

,

一

,

一

,

,

一,

一

,

一

,

,

一

,

前言在最近的多年里,

随着计算流体力学和计算机技术的不断发展,。

,

汽轮机通流部分设计技,

术日趋完善

,

漏汽损失逐渐成为制约汽轮机效率提高的一个重要因素,、。

汽封性能的好坏,

直接影

响整个机组的经济性和安全可靠性汽封流动的复杂性使得在很长一段时间内实验成为研究汽封流动特征设计新型汽封的唯一手段【’对汽封内流动的数值模拟及设计方法研究随着汽,

封性能的日益被重视

,

有很大的发展

,

其内容包括数值计算方法,

,

汽封特性,

,

泄漏与主流的掺混

作用等等在某,

。

机组通流改造设计中针对低压末三级长叶片的选型,。

采用全三维数值模拟的,

方式对两个

等级的末三级叶片流场做了细致的对比在末三级整体通流中着重考虑了图。

末级长叶片的隔板汽封和叶顶间隙对通流效率的影响直径汽封和多对齿迷宫式汽封内

—的流场以及隔板汽封泄漏流动对主流通道的影响为该,

在木文中特别关注两种隔板汽封

,

低

机组低压通流改造提供依据

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.

图

末级隔板低直径汽封

左

和多对齿迷宫式汽封示意图右

计算区域分析的时候分别选取两组叶片本项目针对末三级叶片的对比选型故而在做全三维口一延在所的末三级通流作为计算区域为了方便计算收敛在进出分别做定的伸见图,

,

,

,

、

口上进行两组叶片等墒效率对比的时候则分别选取靠近叶片的进出面的平均参数示的隔板汽封结构在纯通流的基础长加上

隔板汽封通道和末级叶片叶顶间隙,,,。

。

根据图

数值方法计算网格各排的计算网格采用商用软件一

的什片所存区域都夹用

模块生成计算区域进出口各有一个延长,

默认的分块网格结构见图,

,

其关键是在叶片周围采用同时解决了叶片扭转过大功能,

。、

型拓扑结构‘,平面的几何

,’

利用在

。型网格和分块网格的特点。

很好的拟合了叶型

生成网格质量差的问题,

隔板汽封通道内网格则采用,

的自动牛

导入实际汽封

平面内铺设二维网格

夕后

考卜

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.

成三维结构网格

图

,

壁面网格尺度

。

图

网格拓扑结构

图

隔板汽封

平面网格低直径汽封

多对齿迷宫式汽封

数值方法数值模拟使用中心差分格式和一

的三维雷诺平均一

一

方程求解软件,“’

,

计算中使用一

的。

一方程湍流模型

采用四阶。

法时间推进,

金

算工质为水蒸气

,

数等于

,

动静交接面采用混合平面模型。

为了加速收敛,。

使用了。

层的,

多重网格方法和隐式残差平均技术两组末三级叶片的热力参数于末三级叶片通流计算的时候比时,,,

边界条件在进口给定总温总压分别由热力计算确定,一

出口给定背压

见表,

这里的末三级效率计算

由

无法准确的模拟排汽蜗壳的流场一。

故而在针对末三级叶片效率对

在叶片进出口靠近叶片的位置截取进出口平面,

在该进出口面上进行面平均求末三级叶片

的进出口参数

然后再计算总总效率和总静效率

一

结果分析在本项目分析对比中分别对两组低压末三级叶片在不考虑隔板汽封和叶顶间隙以及综合考虑叶顶间隙和隔板汽封的四个对比工况,,,,

在进出口条件不变的情况下,,

,

考虑隔板汽封和叶顶一一

间隙算例的计算流量均有所减少的性能且差别不大,。

,

原因主要在于末级叶顶间隙流动,

改变了计算所用排汽导流环,

,

。

末级叶片叶顶间隙,

末级叶片叶顶间隙从

之间变化相对来说

叶片叶顶间隙要打很多但是由于两者前后压差的影响泄漏量仅相,,

差一倍对于隔板汽封而言两者均有比较好的密封性能但是结合各自的通流设计特色

叶片没三级压降较小具体见表。

多对齿迷宫式汽封的密封效果相对较好

,

故而

叶片隔板漏汽量小

,

表进口总压纯通

流

末三级叶片热力参数进口温度℃

出口静压

计算流量量

末三级效率率

考虑叶顶间隙和隔板汽封封

表隔板漏汽

两者隔板

、

叶顶的漏汽量对比漏汽占总流量百分比隔板漏汽汽

单个叶顶漏汽

叶顶总漏汽汽

叶顶漏汽汽

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.

汽封通道内的流动图,

、

分别为末级隔板低直径汽封和多对齿迷宫式汽封通道内的流动情况,

,

两者的密封性,,

能较好汽封两侧压力分布均匀压降主要发生在汽封内部通道腔室内均有明显的大尺度漩涡汽封齿内部漩涡结构强烈,

,

起到很到的耗散作用,,

。

低直径汽封结构,

,

设计只有两个平齿,

齿顶漏。

气直通胀较大,

图放大

多对齿迷宫式汽封

由上下不同齿距的镶片式汽封齿组成

由于低压部分差

设计为穿透式结构

每个齿内涡流结构不同产生较大的压力耗散图放大

图末级隔板低直径汽封内流动情况

图

末级隔板多对齿汽封内流动情况

汽封漏气对动叶叶根流动的影响图为不考虑末级隔板汽封和叶顶间隙的情况、

,

纯没三级通流进行数值模拟

,

其中

,

图,

为采用低直径隔板汽封的式隔板汽封的壁面二次流的影响片根部和,

末级叶片根部和,

面上的极限流线面上的极限流线,。。

,

图。

为采用多对齿迷宫两

末级动叶根部叶片表面和型线后,,

从极限流线可以看到

组末级叶片压力面上流动均匀

截面流动滞止点在叶片前缘冲角损失小有一个通道涡引起动叶损失增加图、

在吸力面上

,

由于

为详细考虑了末末级叶,

级隔板汽封和末级动叶叶顶间隙流动的情况面上的极限流线图

,

其中图,

为采用低直径隔板汽封的

为采用多对齿迷宫式隔板汽封的,。

末级动叶根部叶片而言两者在吸力面上,,,

表面和

面上的极限流线

。

从极限流线可以看到,,

两组末级叶片压力面上流动也比较均匀、

截面流动滞止点也在叶片前缘略有偏移冲角损失也不大相比图一方面由于壁面二次流的影响

另一方面

,

山于隔板汽封漏气汇入主流,

在吸力面附近

,

山于主

流压力梯度的影响发生掺混

,

加剧了叶片根部的通道涡

相比图

、

,

两者叶根表面的极限流线

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.

偏转前移到较大

区域

,

引起动叶叶根型线损失增加

。

图上

末级动叶根部叶片表面极限流线压力面下

图

末级动叶根部叶片表面极限流线上压力面

吸力面

下

吸力面

图考虑隔板汽封

末级动叶根部叶片表面极限流线上压力面下

图

末级动叶根部叶片表面极限流线考虑隔板汽封上压力面下吸力面

吸力面

汽封漏气对动叶叶型损失的影响图不考虑隔板汽封、

叶顶问隙情况下末级动静叶片叶型损失沿叶高的分布

,

图

为考虑

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.

隔板汽封

、

叶顶间隙情况下末级动静叶叶型损失沿叶高的分布,

。

在不考虑叶顶间隙和隔板汽封的,

纯通流分析从图右,,

可以看到

,

叶片末级动静叶叶型损失也叶高分布均匀平均在。

左,

叶根部分稍高但也在。

左右,

而

末级动静叶叶型损失沿叶高分布不均匀静叶损,,,

,

失比损失超过,

末级静叶损失略大动叶的损失上半部分差不多但是根部波动很大尤其叶根附近两组叶片末级考虑了叶顶间隙和隔板汽封之后,

对静叶的影响比较小从图,。

,

但是对末,

级动叶则有较大的影响尤其是叶顶间隙漏汽损失量很少仅占设计流量的左右,

图

。

可以看到

,

虽然隔板漏汽

但是漏汽对主流的干扰作用明显,

导致叶根损失增加故而

采用更为高效的多齿对齿汽封对减少漏汽

降低损失有较大的作用

图

不考虑隔板漏汽时沿叶高的叶型损失

图

考虑隔板漏汽时沿叶高的叶型损失

结论相对于隔板汽封来说。

,

两者的漏汽量都比较小,,

,

对比而言

,

叶片的多对齿迷宫式汽,

封密封性能要好一些虽然隔板汽封漏气量都不大相对主流只有不到

但是隔板漏气对下

游的动叶叶根附近流动却有很大的影响的总压损失来看,

漏气会加剧动叶根部的二次流损失,

。

从末级动叶沿叶高,

隔板漏汽对叶型的损失还是有比较大的影响的。

应该尽量减少隔板漏汽

以减

轻对末级动叶根部流场的扰动

参考文献【非接触密封。

北京

机械工业出版社

,

蔡虎,

,

朱斌等,

。

汽封泄漏流动对透平叶片级通道主流影响的数值研究,

。

工程热物理学报

,

【」』【,

【,

一

一

【,

一

,

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/knim.html