555 / 2021-06-19 18:48:11

特斯拉环形密封流动损失机理研究

特斯拉环形密封泄漏与动力特性研究

张乃丹，张万福^*，王佳蓉

上海理工大学 能源与动力工程学院，上海市 200093

Email: wfzhang@usst.edu.cn

摘 要: 环形密封是防止透平机械工质泄漏、提高机组效率的关键部件，同时也是导致转子系统失稳的重要因素，随机组不断向高参数、大容量发展，密封引起的失稳与损失问题愈加突出，提出新型抗气流激振、防流动损失密封型式亟待解决。本文提出新型特斯拉环形密封，在光滑环形密封上设置特斯拉喷嘴，将泄漏主流分为两部分，部分进入喷嘴流动，另一部分沿泄漏方向流动，计算分析运行工况（压比、转速）与几何结构（分流角、特斯拉喷嘴直径、轴向喷嘴数量与回转直径）对其动静特性的影响。结果表明：① 泄漏特性：特斯拉环形密封可有效降低密封出口流速与泄漏量，特别是在高压比、高转速下具有较好的泄漏抑制效果；轴向喷嘴数目、喷嘴直径均存在一个最佳值使密封泄漏量降低；特斯拉喷嘴回转直径的增加对其泄漏量影响越来越大；随分流角减小，密封出口流速与泄漏量降低。②动力特性：光滑环形与特斯拉环形密封直接阻尼均为正值，低频下随涡动频率增大而减小，高频下随涡动频率增大而增大；较光滑环形密封，特斯拉环形密封交叉刚度增大，随喷嘴轴向数目增加，特斯拉环形密封交叉刚度增大，增幅亦增大；布置特斯拉喷嘴会使有效阻尼减小，且随喷嘴轴向数目增加，有效阻尼减小，稳定性降低。

关键词: 特斯拉环形密封；泄漏量；动力特性；气流激振