迷宫式静叶隔板汽封的数值模拟分析

第54卷第1期2012年2月汽轮机技术TURBINETECHNOLOGYVO154NO1FEB20L2迷宫式静叶隔板汽封的数值模拟分析李庆，刘云峰哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨150046摘要采用数值模拟的方法，考虑迷宫式静叶隔板汽封，对某汽轮机级气动特性进行了计算和分析。重点考察了汽封通道内的蒸汽流动情况，分析了迷宫式汽封气动方面的优点和对叶片气动特性的影响，从而提出了一些有意义的结论和建议。关键词汽轮机迷宫式汽封；气动特性；数值研究分类号TK2632文献标识码A文章编号10015884201201002402NUMERICRESEARCHOFLABYRINTHSEALOILSTATORBLADEDIAPHRAGMLIQING，LIUYUNFENGHARBINTURBINECOMPANYLIMITED，HARBIN150046，CHINAABSTRACTTAKINGINTOACCOUNTTHELABYRINTHSEALONSTATORBLADEDIAPHRAGM，THISPAPERCALCULATESSOMESTAGEOFTURBINETHROUGHNUMERICMETHODEMPHASIZETHEAERODYNAMICPERFORMANCEOFSEAL，ANALYSETHEEXCELLENCEOFTHISTYPESEALANDTHEEFFECTOFSEALONSTAGEAERODYNAMICPERFORMANCE，THENGETSOMEUSEFULCONCLUSIONSANDADVICESKEYWORDSLABYRINTHSEALOFTURBINE；AERODYNAMICPERFORMANCE；NUMERICRESEARCH0前言现代火力发电技术对动力装置的越来越高的要求推动了透平机械密封技术的不断发展，先进的转子和静子间的动密封技术可显著提高透平机械的工作效率和可靠性。汽轮机的漏汽损失占其效率损失的22左右，先进的密封设计可大大减小泄漏量，并改善转子运行的稳定性。同时汽封漏气，还对动静叶端壁处流动造成影响。目前透平机械应用的主要密封装置包括刷式密封、迷宫密封和蜂窝密封。迷宫密封由于其结构相对简单和成本低，是透平机械中最常用的密封装置。其密封原理是密封齿与转子间形成的一系列节流间隙和膨胀空腔，当泄漏流体流经节流间隙时，其部分压力能转化为速度能，该速度能随即在膨胀空腔中由于湍流涡旋耗散为热能而不能恢复为压力能，这样使通过的流体产生节流与热力学效应，泄漏流体的压力逐渐降低而达到密封效果。图1是迷宫式汽封的3种典型结构。N图1迷宫汽封主要结构示意图1几何模型和网格划分为了考察迷宫式汽封内的流动情况，选用单级进行数值模拟。静叶密封结构如图2所示。由于该结构密封齿数较多，结构复杂，所以对一些对流动影响不大的位置进行适当简化，如倒角和细微局部等。“静叶隔板汽封结构6静叶汽封的密封齿结构图2静叶隔板汽封结构该级动静叶流道网格采用ANSYSCFX自带的的TURBOGRID划分如图3，而汽封部分的网格采用ANSYSICEM划分。这里采用的静叶隔板汽封，由多个汽封室和台阶构成，其汽封齿为尖型结构。该种汽封结构的流动空间小，流场结构复杂，存在大尺度的漩涡结构，也存在壁面强