偏心和转速对汽轮机隔板汽封泄漏量的影响.pdf

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1、第43卷第5期化工机械645偏心和转速对汽轮机隔板汽封泄漏量的影响+曹丽华料李超李盼(东北电力大学能源与动力工程学院)摘要应用RNGk-e湍流模型，基于有限体积法求解三维可压缩雷诺时均N-s方程，模拟分析了当转子存在偏心时，偏心距和转速时汽轮机隔板汽封泄漏量的影响。结果表明：在相同汽封间隙下，一定程度的偏心内，泄漏量随偏心距的增加而增加，达到最大值后泄漏量逐渐减小并趋于不变；在偏心和非偏心工况下。隔板汽封泄漏量在一定转速内皆随着转速的增加而降低。关键词汽轮机隔板汽封间隙偏心距转速泄漏量中图分类号TQ051．6文献标识

2、码A文章编号0254-6094(2016)05-0645-04汽轮机级内静叶隔板与转子之间存在一定的间隙，当蒸汽流过静叶通道，静叶前后的压差将促使一部分流体流进隔板间隙，形成泄漏流进而造成泄漏损失，降低汽轮发电机组的发电效率⋯。现代汽轮机逐步向高参数发展心1，而当汽轮机转子存在偏心时，在隔板汽封内由于周向间隙的不对称分布，将对隔板汽封间隙内流动造成一定的影响。HiranoT等对比分析了两种不同CFD软件对汽封流场的模拟效果，证明了运用数值模拟方法分析汽封内流动的可行性”1。VakiliAD等采用二维模型，利用数值模拟

3、方法得到了高低齿迷宫式密封泄漏流的流动特性和总压损失机理HJ。BozziL等通过数值模拟与实验对比，证明了间隙改变对汽封内流动有着显著的影响"J。Rosen．bergSS指出在迷宫密封内，转速较小时摩擦效应起主要作用，转速较高时则以惯性力为主¨]。丁学俊等利用Fluent软件，对不同结构迷宫密封的内部流动和泄漏特性进行了对比和分析071。张为荣和王强对建立的光轴平齿汽封模型进行了数值模拟，结果表明汽封的诸多结构参数中，间隙对泄漏的影响最大¨J。然而，上述研究均未考虑转速对汽封流场的影响，而且在结构和运行工况上，与汽轮

4、机迷宫密封相比，都存在一定的差异。由于汽封间隙很小，汽轮机的高速旋转会对汽流产生一定的离心作用，必然会对漏汽量产生影响。李军等指出，转子的旋转作用在对隔板汽封流场的分析中不能忽视一】。周国宇等通过数值模拟与实验对比的方法，得出在转速较小的情况下转子无偏心时，转动对高低齿迷宫密封的影响很小¨引。曹丽华等采用数值模拟方法得到，汽轮机转子旋转使得隔板汽封的漏汽量与静止时相比较大⋯o。笔者从分析汽轮机隔板汽封间隙泄漏流人手，采用CFD软件对汽轮机高压缸第2压力级的高低齿隔板汽封进行数值研究，分析转子存在静偏心时汽封间隙和转子

5、转速对隔板汽封泄漏量的影响，从而为汽轮机设计人员提供一定的理论参考。1计算模型和数值方法1．1计算模型计算模型选用的是某国产300MW汽轮机高压缸第二压力级的隔板汽封，其结构示意图如图l所示。·国家自然科学基金项目(51476192，51576036)。}}曹丽华，女，1973年10月生，教授。吉林省吉林市，132012。化工机械2016年图1迷宫式隔板汽封的结构示意图具体参数如下：齿数n10个密封间隙s0．1—0．5mm齿厚i0．3mm凸台高度h2．4mm齿间距a3．0mm齿间距b4．2mm凸台宽度tt，9mm1．

6、2基本控制方程计算区域内的稳态三维流体动力学通用控制方程为：div(puck)=div(F．俨螂)+Js．式中s。——广义源项；西——通用变量，可表示H、口、t、k及占等求解变量；厂。——广义扩散系数；P——流体密度。湍流模型选用的是修正湍流粘度的RNGk-e模型，相比于标准的k-e方程，RNGk-e模型对于强旋流或者带有弯曲壁面的流动计算具有更准确的计算结果。压力和速度耦合采用Simple算法。方程的离散项采用二阶迎风差分格式。1．3网格和边界条件笔者采用整周隔板汽封模型计算汽封内泄漏流的特性。通过分块划分，保证结

7、构化网格的质量。为了提高计算精度，对汽封流域内近壁面进行边界层加密。具体的网格划分情况如图2所示。图2网格划分为了将网格数量对计算结果的影响降到最低，笔者进行了网格无关性验证，发现网格数量超过600万后计算结果变化趋势逐渐减小，超过700万后基本不变，因此可认为超过700万后网格数对计算结果的影响很小。最终确定不同模型的计算网格数在700万一750万之间。工质采用高温高压可压缩的过热水蒸气。计算区域进口设为压力人口，出口设为压力出口，入口给定总压强10．7MPa，总温度7“．1K，出口压力10．0MPa。旋转轴设为固

8、体壁面，模型绕转子中心旋转。非动面设为绝热的无滑移壁面。为了提高模拟结果的准确性，在近壁面处采用壁面函数法。2计算结果与分析2．1间隙对泄漏量的影响当转子无偏心时，选取不同间隙的隔板汽封模型进行数值模拟。当额定转速为3kr／min时，汽封间隙与泄漏量的关系曲线如图3所示。可以看出，在给定工况下，隔板汽封间隙为0．1mm时蒸汽泄漏量最小为0．40