保护高度对刷式密封泄漏流动影响的数值研究.pdf

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1、第４２卷第１期化工机械１０１保护高度对刷式密封泄漏流动影响的数值研究张艾萍*张帅沈忠良张毅（东北电力大学能源与动力工程学院）摘要基于多孔介质模型，采用计算流体力学软件Ｆｌｕｅｎｔ对１５种不同保护高度的刷式密封泄漏流动特性进行数值模拟，对得到的原始数据进行整理分析。结果表明：泄漏量与保护高度ｈ成正比关系，当ｈ＜１．４ｍｍ时，随着保护高度的增大，泄漏量呈抛物线式增长；当ｈ＞１．４ｍｍ时，泄漏量呈线性增长，随着保护高度的增大，泄漏增加量呈下降趋势，且保护高度越大，下降幅度越小，在保护高度大于１．４ｍｍ后趋于平稳

2、。保护高度与背板处刷丝压力分布值成反比关系，保护高度越大，压力分布值越小，低压辐射区越大，流体轴向速度越小，刷丝迟滞性影响越小。关键词刷式密封保护高度泄漏流动特性迟滞性＋中图分类号ＴＱ０５５．８９文献标识码Ａ文章编号０２５４-６０９４（２０１５）０１-０１０１-０５［５］自２０世纪７０年代中期提出刷式密封概念至了一些分析结论。李军等对刷式密封泄漏流今，刷式密封已由最初的航空技术逐步推广开来，动进行数值研究，计算分析了压比和径向间隙对［６］地面燃气轮机、汽轮机及化工设备压缩机等都借密封泄漏量和流动形态的影响

3、。但关于背板此技术创造了巨大的经济效益。刷式密封作为可保护高度对刷式密封泄漏流动特性影响的报道却显著提高大功率汽轮机的工作效率和可靠性的先较少，朱宗举提出保护高度增大会使密封性能下［１］进动密封技术，它的泄漏量只有传统迷宫式密降，而保护高度太小会造成背板内径与跑道表面［２］［７］封的１０％～２０％，是传统迷宫式密封的理想换磨损，损坏密封甚至发生事故。胡丹梅和张全代产品，为了使刷式密封能在化学工业等领域得指出背板保护高度决定了刷式密封抵抗来流压力［８］到充分使用，需对刷式密封内的泄漏流动特性有的能力，还影响

4、着刷束的磨损形态。充分的了解和掌握。笔者应用计算流体力学软件Ｆｌｕｅｎｔ，通过改随着计算流体动力学ＣＦＤ技术的进步和试变背板保护高度ｈ（ｈ＝０．２ｘ，ｘ∈Ｒ，１≤ｘ≤１５）对验条件的改良，对刷式密封的泄漏流动研究有了刷式密封泄漏流动特性进行数值模拟，获得刷式飞速的发展。多孔介质模型的引入，有效地简化密封的压力分布、速度分布和泄漏量数据，分析了了刷丝束中复杂的泄漏流动。ＤｏｇｏＹ等采用改背板保护高度对泄漏量和刷丝迟滞性的影响。进的Ｄａｒｃｉａｎ多孔介质模型对单排刷式密封进行１几何模型及可行性验证数值模拟研究

5、，得到两种径向间隙下泄漏流动特刷式密封主要由前板、背板和夹装在两者之［３］［７］性和流场特征。在此基础上，ＣｈｅｗＪＷ等又引间紧密排列的刷丝束组成，其中刷丝束的刷丝入了粘性阻力和惯性阻力的概念，并对模型加以非常细，直径一般为０．０５～０．０７ｍｍ，按与轴中心［４］［６］［９］改进，模拟研究了刷束区的泄漏流动。胡丹梅线３０～６０°方向排列。笔者采用的几何模型等采用Ｆｌｕｅｎｔ软件，对刷式汽封在不同转速、压差如图１所示，其中转子半径为６０．８８ｍｍ，刷丝束和孔隙率下的泄漏特性进行了数值计算，并得出厚度Ｂ为０．

6、６ｍｍ，前板自由高度ｈ为１０．３２ｍｍ，ｂｆ*张艾萍，男，１９６８年２月生，教授。吉林省吉林市，１３２０１２。１０２化工机械２０１５年背板保护高度ｈ为１．４ｍｍ，下游流体区高度为流动特性。通过在动量方程中增加源项，多孔介１４．９７５ｍｍ，前板与背板的厚度均为１．６２５ｍｍ。质模型可以模拟计算域中多孔介质材料对流体的流动阻力。该源项由两部分组成，即Ｄａｒｃｙ粘性阻力项和惯性阻力项，对于简单的均匀多孔介质，增加源项ｓ的动量方程为：ｉμ１ｓｉ＝－（νｉ＋Ｃ２ρ｜ν｜νｉ）（１）α２式中Ｃ———惯性阻力系数；２ν

7、———第ｉ个动量方程中的各个坐标方向ｉ的速度分量；ν———合速度；α———渗透率；μ———湍流粘度；ρ———工质密度。文中多孔介质的惯性阻力系数和粘性阻力系数由文献［９］获取。对刷式密封泄漏流动特性在刷束区前后不同压比条件下进行数值模拟计算，图１刷式密封几何结构得到泄漏量与压比的关系。图３给出了数值模拟采用计算流体力学软件Ｆｌｕｅｎｔ对刷式密封泄的计算结果，并与ＢａｙｌｅｙＦＪ和ＬｏｎｇＣＡ的试验漏流动特性进行二维数值模拟，模型采用轴对称［１０］数据进行比较。由图３可得，ＣＦＤ计算结果与分析模型，网格采用

8、ＩＣＥＭ软件进行结构化划分，试验数据吻合良好，所用阻力系数和所建模型可经网格无关性验证，确定最终网格数为２８万左以较准确地模拟刷式密封的泄漏流动特性。右，局部网格示意图如图２所示，根据计算分析需要，网格疏密程度由高到低依次为刷束区、下游保护区、下游流体区和上游流体区。图３ＣＦＤ计算结果与试验数据２刷式密封数值模拟结果与分析图２局部网格示意图２．１流场压力分布特点及速度分布特点流体介质为可压缩理想气体，模型的边界条以保护高度为０