叶轮机械中基于蜂窝密封和合成射流技术的流场控制方法研究

【摘要】： 汽轮机、压缩机等叶轮机械是石化、电力、冶金等行业中的重要设备,其运行效率和稳定性直接关系到生产的经济性和安全性。随着叶轮机械向着大容量、高参数的方向发展,采用先进的密封结构和减小密封间隙是提高效率的有效方法,但密封间隙过小会引起密封的流体激振问题。密封引起的流体激振问题的本质是流固耦合问题,了解流场特征并进行控制是解决此类问题的可行办法。本文主要针对叶轮机械中泄漏和密封激振问题进行研究,开展了以下主要工作: (1)设计了压电式合成射流激励器,并分析了影响射流速度的主要因素;进行了合成射流影响叶片振动特性的实验和数值计算。结果表明,合成射流对振动的影响规律和常规射流相同;叶顶附近吹气时会加剧叶片的振动,而抽气时叶片振幅会有所减小。 (2)数值计算了光滑密封、梳齿密封和蜂窝密封的泄漏量,并分析了影响封严特性的主要因素。结果表明,蜂窝密封的封严特性最好,这是因为蜂窝密封特殊六边形结构将泄漏流体分割成小涡流,更有效地将气体能量转化为热能,从而减小泄漏;梳齿密封由于存在环向流动,削弱了能量耗散,泄漏量比较大;同时说明合适的蜂窝芯格尺寸和蜂窝深度会使得泄漏量最小。 (3)对密封激振问题进行了计算,并分析了影响叶片振动的因素。结果表明,叶顶附近流体的能量是激励叶片振动的主要因素,蜂窝密封的阻尼作用可以有效抑制叶顶间隙流的速度,从而减小叶顶附近流体的动能;蜂窝密封配合叶顶抽气可以起到较好的减振效果。