蜂窝面迷宫密封内流动和总温升特性的研究

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迷宫密封的形式及特点和用途

迷宫密封的形式及特点和用途一、密封的作用及分类离心式压缩机若要获得良好的运行效果必须在转子与定子间保留一定间隙以避免其间的摩擦磨损以及碰撞损坏等故障的发生同时由于间隙的存在自然会引起级间和轴端的泄漏现象泄漏不仅降低了压缩机的工作效率而且还将导致环境污染甚至着火爆炸等事故因此泄漏现象是不允许产生的密封就是保留转子与定子间有适当间隙的前提下避免压缩机级间和轴端泄漏的有效措施根据压缩机的工作温度压力和气体介质有无公害等条件则密封可选用不同的结构形式并通称它为密封装置.密封装置按结构特点可分为抽气式迷宫式浮环式机械式和螺旋式等5 种形式一般有毒易燃易爆气体应选用浮环式机械式螺旋式以及抽气式等密封装置如果气体无毒无害升压较低则可选用迷宫式密封装置二、迷宫密封装置的结构特点迷宫密封的型式有：直通形迷宫、复合直通形迷宫、参差形迷宫、阶梯形迷宫等四种。

图1a为直通形迷宫，结构简单，形状很像梳齿，密封有很大的直通效应。

图1b为复合直通形迷宫，是台阶和梳齿复合组成的,使密封性能有所改善，但加工复杂，直通效应减弱。

图1c为参差形迷宫，齿间有足够的距离，膨胀腔愈大，密封效果较好。

图1d为阶梯形迷宫，结构在径向尺寸上有所变化，适用于径向-轴向密封。

图1 迷宫密封的形式三迷宫密封的工作原理为说明迷宫密封装置的密封原理我们首先对气体在密封中的流动状态进行分析当气体流过密封齿与轴表面构成的间隙时气流受到了一次节流作用气流的压力和温度下降而流速增加经过间隙之后是两密封齿形成的较大空腔如图3-5 所示气体在这一空腔容积增加速度下降并形成旋涡流动产生一定的热能因此气体在这一空腔使温度又回到了节流之前气体每经过一次间隙和随后的较大空腔气流就受到一次节流和扩容作用随着气体流经间隙和空腔数量的增多以及间隙值的减小气体的流速和压降越来越大待压力降至近似背压时气体不再继续外流从而实现了气体的密封图2 迷宫密封的工作原理四如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！。

迷宫密封泄漏特性的试验研究

第４卷５
第３期
西安交
通
大学学
报
Ｖｏ．５Ｎｏ３１４．
Ｍａ．２１ｒ０１
Байду номын сангаас
２１０１年３月
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＸＩＡＮＩＪＡＯＴＯＮＧＵＮＩＶＥＲＳＴＹＩ
迷宫密封泄漏特性的试验研究
李志刚，郎骥，李军，丰镇平
Ｌｈｇｎ，ＬＩＺｉａｇＡＮＧｉｊ，ＬＩｕｎ，ＦＪＥＮＧｈｎｉｇＺｅｐｎ
（ｎｔｔｔｆＴｕｒｏｃｉｅｙＩｓｉｕｅｏｂｍａｈｎｒ，ＸｉａｉｏｏｇＵｎｉｅｓｔｎＪａｔｎｖｒｉｙ，Ｘｉｎ７０４１０９，Ｃｈｎ）ａｉａ
比、转速对迷宫密封泄漏特性和腔室压力的影响规律．究结果表明：建的旋转密封试验台在迷研搭
宫密封泄漏量和密封腔室压力的测量精度上是可靠的；比于试验结果，相数值计算获得的泄漏量和
腔室压力的最大相对误差分别为３２、．，明试验与数值结果吻合良好，值方法可以较．５３６表数
ｉｖｓｉａｅｔｅｌａａｅｂｈｖｏｆａｔｐｃｌｌｂｒｎｈｓａ．Ｔｈｅｋｇｎａｉｒｓｕｅｗｅｅｎｅｔｔｈｋｇｅａｉｒｏｙｉａａｙｉｔｅ１ｇｅｅｌａａｅａｄｃｖｔｐｅｓｒｒｙ
准确地预测迷宫密封的泄漏量和腔室压力；同转速下的流量系数随着压比的提高而增大，相小压比

蜂窝密封三维流场及封严特性的数值研究

流动特性，分析汽封段进口压力与出口压力的比值、密封间隙和转速对蜂窝密封内部流场和泄漏流动特性的影响。结果表明：蜂窝密封特殊的六边形蜂窝结构可以把泄漏流分割成许多小涡流，有效阻滞环向流动，且只有在较小密封间隙条件下，蜂窝密封才具有优良的封严性；随着转速的增加，蜂窝腔中漩涡数增多，湍动能耗散率变大，泄漏量减小。
关键词：蜂窝密封；旋转机械；湍动能耗散率；泄漏特性中图分类号：ＴＢ４２文献标识码：Ａ文章编号：０２５４— ０１５０（２０１３）２— ０４６— ７
ＮｕｍｅｒｉｃａｌＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｎＴｈｒｅｅ．ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＦｌｏｗＦｉｅｌｄａｎｄ
ａｎｄｔｈｅｌｅａｋａｇｅｌｏｆｗｒａｔｅｏｆｔｈｅｈｏｎｅｙｃｏｍｂｓｅａｌｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ，ｗｉｔｈｔｈｅｓｐｅｃｉａｌｈｅｘａｇｏｎａｌｈｏｎｅｙ —
ＳｅａｌｉｎｇＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｆｏｒＨｏｎｅｙｃｏｍｂＳｅａｌ
ＣａｏＬｉｈｕａＳｕｏＦｕｊｕｎＨｕＰｅｎｇｆｅｉＬｉＹｏｎｌｆ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｔｈｅａｓｔＣｈｉｎａＤｉａｎｌｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＪｉｌｉｎｏｆＪｉｌｉｎＰｒｏｖｉｎｃｅ１３２０１２，Ｃｈｉｎａ）

迷宫密封特性研究

摘要迷宫密封常用于防止透平机械的泄漏，它的研究重点是减少泄漏，提高运行稳定性和延长使用寿命。

然而，如何对其泄漏量进行计算，进而对其结构进行合理设计，至今仍是人们关注的问题。

影响迷宫密封性能的因素有许多，如总体的结构型式、空腔形状及尺寸、节流间隙宽度、节流齿厚度及数量、齿形状、介质特性、压力温度条件、转轴旋转速度等。

介质在迷宫密封内的流动情况十分复杂，影响因素较多且相互关联，这增加了研究的难度，同时使研究结果相互间差异很大。

本文主要从泄漏量和密封影响因素以及迷宫密封内部流场机理等方面简要的介绍对迷宫密封特性的影响，最后简要地探讨了迷宫密封特性研究的发展方向。

关键词：迷宫密封，密封机理，发展趋势AbstractA labyrinth seal is a component used in a turbomachine to prevent the leakage of the working fluid .the emphasis of its research is to reduce leakage, improve stability and prolong working life. Nowadays people care for the way how to compute the leakage rate and how to optimize the design of structure. There are Many factors that influence the performance of a Labyrinth seal, such as structures, shape and size of cavities, clearance area, thickness and number of teeth, shape of teeth, property of seal gas, pressure and temperature, Shaft rotation speed and so on. The situation of flow field Inflow in Labyrinth seal cavity, many factors are related, so the research will be more difficult and the consequence will be different. This article mainly from the leakage and the factors affecting seal and labyrinth seal mechanism of the internal flow field in terms of characteristics of labyrinth seal, and finally briefly discusses the characteristics of labyrinth seal development.Key words: Labyrinth Seal Sealing mechanism Trends迷宫密封特性研究1 迷宫密封特性研究的背景和意义迷宫密封是依靠节流间隙中的节流过程（压力能转化为动能）和密封空腔中的动能耗散过程（动能转化为热能）实现密封。

光轴迷宫密封泄漏流动特性影响因素的数值研究

光轴迷宫密封泄漏流动特性影响因素的数值研究张森森【摘要】采用数值求解三维粘性Reynolds-Averaged Navier-stokes (RANS)方程技术,研究汽轮机低压光轴迷宫式隔板密封内泄漏流动特性及其影响因素.采用有限体积方法离散控制方程,标准k-ε紊流模型封闭求解方程组,同时考虑轴的旋转效应.针对典型的光轴整体加工尖齿隔板密封,分别数值研究了相同的轴向距离和径向间隙下三种齿间距在不同压比下的泄漏流动特性,计算了相应的无量纲流量系数.计算结果显示出迷宫隔板密封与轴之间的环形腔室内三维涡流使泄漏流动的动能有效地耗散成热能,起到了密封的作用.研究结果表明在相同的几何尺寸下迷宫隔板密封的泄漏量随着压比的减小而增大,在相同的压比条件下,泄漏量随着密封齿间距的减小而减小.本文的研究工作对合理有效地设计迷宫式隔板密封提供一定的理论依据和技术支撑.【期刊名称】《节能技术》【年(卷),期】2014(032)004【总页数】5页(P300-304)【关键词】光轴迷宫密封;泄漏流动;旋转效应;无量纲流量系数;数值模拟【作者】张森森【作者单位】海军装备部驻沈阳地区军事代表局,辽宁沈阳110031【正文语种】中文【中图分类】TK26;TK263.6+3现代火力发电厂技术对动力装置越来越高的要求推动了汽轮机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汽轮机的工作效率和可靠性。

汽轮机的密封装置的结构主要是迷宫式密封、刷子密封和蜂窝密封[1]。

迷宫式密封由于其结构相对简单和成本低，所以迷宫式密封是汽轮机最常用的密封装置。

迷宫式密封的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，使通过的气体产生节流与热力学效应而达到密封效果。

密封按其装置位置的不同可分为轴端密封(轴封)，隔板密封和通流部分密封(叶顶密封)三类。

对于隔板密封，在汽轮机的高压端，缸内蒸汽压力高，为减少蒸汽的泄漏量，一般采用高低齿式汽封。

蜂窝密封的设计、仿真及其应用研究

ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＢｅｉｊｉｎｇ１０００２９ꎬＣｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｈｉｇｈ￣ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｔｅａｍｌｅａｋａｇｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｈｅｓｔｅａｍｔｕｒｂｉｎｅｕｓｅｄｂｙａｌａｒｇｅｃｏａｌｃｈｅｍｉｃａｌｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅꎬ ｔｈｅｆｒｏｎｔ
ｓｔｅａｍｓｅａｌｏｆｓｔｅａｍｔｕｒｂｉｎｅｗａｓｒｅｆｏｒｍｅｄꎬ ｂａｓｅｄｏｎｈｏｎｅｙｃｏｍｂｓｅａｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎꎬ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ｏｆｔｈｅｓｔｅａｍｔｕｒｂｉｎｅｆｒｏｎｔｓｅａｌｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ. Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｌａｂｙｒｉｎｔｈｓｅａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎬ ｔｈｅｈｏｎｅｙｃｏｍｂｓｅａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄꎻ
用过程中容易发生转子形变ꎬ为了避免损坏转子ꎬ密封
间隙不能设计得过小ꎬ但这会导致汽封的密封性能降
低ꎻ(２) 梳齿密封在较高转速下可能产生流体激振ꎬ影
响汽轮机工作稳定性 [２] ꎮ
与梳齿密封相比ꎬ蜂窝密封不仅具有良好的密封
特性ꎬ更具有优良的转子动力特性 [３￣７] ꎮ 其主要原因在
于ꎬ蜂窝密封的蜂窝芯格拥有独立的六边形腔体ꎬ从而
２５５. ４
梳齿密封齿根圆内径 / ｍｍ
２５６. ２
梳齿密封齿顶圆内径 / ｍｍ
１. ２存在的问题
２５０. ８
原梳齿密封转子齿与密封内壁面的半径间隙为

蜂窝板换热器内部流动传热特性研究

试；文献【】【］论了振动对波面换热器传热特６和７讨
１物理数学模型
１－１计算பைடு நூலகம்型
如图１示为某加工成型的蜂窝板换热器模所
块，左边为两个进口，右边为两个出口，流体在蜂窝板内部流动。
性的影响及波面板在烟气余热回收应用的研究；国
ＣｈａｎｅｆＨｏｅｃｍｂｅａｅＨｅｔＥｘｈａｇｒｎｌｏｎｙｏｄＰｌｔａｃｎｅＬｏｇｉＣｅａＷＵＺｉａｉＬｎｊｎｈｎＨｕｎａｈｕｎｊ
（ｙＬｂｒｔｙｏｏｇａｅｎｒｙＵｉｚｔｎＴｃｎｌｇｅｄＳｓｍｓｆｎｓｙｏｄｃｔｎＣｏｇｉｇＫｅａｏａｏｆｗ—ｒｄｅｇｔｉａｏｅｈｏｏｉａｙｔｉｒｆｕａｉ，ｈｎｑｎｒＬＥｌｉｓｎｅｏＭｉｔＥｏ
ｐｉｃｐｅｒｎｉｌ．Ｋｅｗｏｄｎｉｅｒｎｅｍｏｈｓｃ；ｎｙｏｅｌｔ；ａａｓｅｎａｃｍｅｔＮｕｅｉａｉｌｔｎＦｅｄｓｎｒｙｙｒｓＥｇｎｅｇｔｒｐｙｉｓＨｏｅｃｍｂｄｐａｅＨｅｔｒｎｆｒｈｎｅｎ；ｍｒｌｍｕａｉ；ｉｌｙｅｇｉｈｔｅｃｓｏ
ＵｉｅｓｙＣｏｇｉｇ４０４，ｈｎ）ｎｖｒｉ，ｈｎｑｎ，００４Ｃｉａｔ
ＡｂｓｒｃＴｈｈｅｉｎｉｎｌｈｓｃｌｍｏｅｎｔｅｔｃｌｏｅｆｔｒｕｅｔｆｏａｄｈａｒｎｆｒｉｈｈｎｅｆｔａｔｅｔｒｅｄｍｅｓｏａｙｉａｄｌａｄｍａｈｍａｉａｄｌｏｂｌｎｗｎｅｔａｓｅｔｅｃａｎｌｏｐｍｕｌｔｎ

蜂窝板内流动与传热的数值模拟及结构优化_陈武滨

的雷诺数下由层流向湍流过渡，使得流体流动容易形成紊流，提高换热性能。
图 2 蜂窝板内局部流线分布 Fig． 2 Local streamline distribution in the honeycomb plate 点迹线不断改变，周期性变化的波浪式流动促进了扰流作用的产生。另外，产生的流动漩涡不断破坏或减薄板内的层流层，促使流动在较低
结果表明，蜂窝板内呈特定形状分布的蜂窝迫使流体和蜂窝点不断相碰撞形成射流，产生局部小漩涡，加剧了流体的湍流强度及
边界层的扰动；在蜂窝高度、蜂窝间距和焊点直径 3 个影响因素中，蜂窝高度是影响蜂窝板传热系数、压降及综合性能的最主要因
素；蜂窝高度越小的蜂窝板能获得较高的传热系数，但会产生较大的压降，使综合性能降低，在实际应用中应根据具体情况选择合
理的结构参数搭配。
［关键词］ Fluent 软件；蜂窝板；数值模拟；正交设计；板壳式换热器
［文章编号］ 1000 － 8144（ 2011） 11 － 1200 － 05
［中图分类号］ TQ 051． 5
［文献标识码］ A
Numerical Simulation of Flow and Heat Transfer in Honeycomb Plate and Its Structural Optimization
板壳式换热器是一种新型高效的换热设备，它是以结构复杂的换热板代替传统的换热管作为换热元件，具有传热面积大、传热效率高、结构紧凑、质量轻的优点，同时又继承了管壳式换热器承高压、耐高温、密封性能好和安全可靠等优点［1］。
板壳式换热器制造的关键在于换热板的制造，为了寻找制造工艺简单且传热性能优越的换热板，各方面专家展开了很多相关的研究工作［2 － 4］，其中激光焊接蜂窝板是一种新型的高效换热元件。激光焊接蜂窝板由两张不锈钢薄板经过特殊工艺加工组合而成，薄板的周边利用激光焊接进行缝焊，中间则按一定规律的排布进行点焊，最后进行膨压

蜂窝密封流场和泄漏特性的实验研究

叶强何立东霍耿磊
北京１０２）００９
（北京化工大学诊断与自愈工程研究中心
摘要：利用烟线法，显示＿蜂窝腔中空气的流动情况，揭示了蜂窝腔中旋涡的结构特点。表明在相同的人口条件ｒ下，间隙越小，进人蜂窝腔的气流与水平面的夹角越大，且旋涡体积越大、中心位置越靠近底面。同时，在不改变实验其它参数的情况下，改变蜂窝的深度，通过实验观察蜂窝密封的泄漏餐结果表明，在不同的人口压力情况下，蜂窝深度与蜂窝对边距的比值为０５右时，蜂窝密封的泄漏流量最小。、２左
ｓａｓｂｅｖｄｂｘｅｍｅｔｗｈｎｔｅｄｐｈｏｅｈｎｙｏｅｌｗａｈｎｇｄｉｈｏｄｔｏｈｔｏｈｒｐｒｍｅｅｓｅＷａｏｓｒｅｙｅｐｒｎｅｈｅｔｆｔｏｅｃｍｃｌｌｉｈｂｓｃａｅｎｔｅｃｎｉｉｎｔａｔｅａａｔｒｋｅｎｈｎｅ．ｈｅｕｔｓｏｈｔｕｄｒｄｆｅｅｔｉｌｔｐｅｓｒｓ，ｈｅｋｅｏｏｅｃｍｅｅｃｅｎｍｕｅｐｕｃａｇｄＴｅｒｓｌｈｗｓｔａｎｅｉｆｒｎｎｅｒｓｕｅｔｅｌａａｆｈｎｙｏｇｂｓａｒａｈｓｍｉｉｍｌｗｈｎｔｅｒｔｆｈｎｙｏｅｔｎｏｅｃｍｂｗｉｔｓｅｕｏ０５ｅｈａｉｏｏｅｃｍｂｄｐｈａｄｈｎｙｏｄｈｉｑａｔ．２．ｏｌＫｅｗｒｓｓｋｒｅｈｉｕｈｎｙｏｅｌｖｒｅｃｅｒｎｅｙｏｄ：ｍｏｅｗｉｔｃｎｑｅ；ｏｅｃｍｂｓａ；ｏｔｘ；ｌａａｃｅ

有关迷宫式密封祥解

有关迷宫式密封祥解迷宫密封是在转轴周围设若干个依次排列的环行密封齿，齿与齿之间形成一系列截流间隙与膨胀空腔，被密封介质在通过曲折迷宫的间隙时产生节流效应而达到阻漏的目的。

由于迷宫密封的转子和机壳间存在间隙，无固体接触，毋须润滑，并允许有热膨胀，适应高温、高压、高转速频率的场合，这种密封形式被广泛用于汽轮机、燃汽轮机、压缩机、鼓风机的轴端和的级间的密圭寸，其他的动密圭寸的前置密圭寸。

1迷宫密封的密封机理流体通过迷宫产生阻力并使其流量减少的机能称为迷宫效应”对液体，有流体力学效应，其中包括水力磨阻效应、流束收缩效应；对气体，还有热力学效应，即气体在迷宫中因压缩或者膨胀而产生的热转换；此外，还有透气效应”等。

而迷宫效应则是这些效应的综合反应，所以说，迷宫密封机理是很复杂的。

1.1摩阻效应泄露液流在迷宫中流动时，因液体粘性而产生的摩擦，使流速减慢流量（泄露量）减少。

简单说来，流体沿流道的沿程摩擦和局部磨阻构成了磨阻效应，前者与通道的长度和截面形状有关，后者与迷宫的弯曲数和几何形状有关。

一般是：当流道长、拐弯急、齿顶尖时，阻力大，压差损失显著，泄露量减小。

1.2流束收缩效应由于流体通过迷宫缝口，会因惯性的影响而产生收缩，流束的截面减小。

设孔口面积为A,则收缩后的流束最小面积为Cc A此处Cc是收缩系数。

同时，气体通过孔口后的速度也有变化，设在理想状态下的流速为u1,实际流速比u1 小,令Cd为速度系数，则实际流速u1为u1= Cd u1于是，通过孔口的流量将等于q=CcCdA u1式中Cc -。

4=幺流量系数）。

迷宫缝口的流量系数，与间隙的形状，齿顶的形状和壁面的粗糙度有关。

对非压缩性流体，还与雷诺数有关；对压缩性流体，还于压力比和马赫数有关。

同时，对缝口前的流动状态也有影响。

因此在复杂型式的迷宫只，不能把一个缝口的流量系数当作所有缝口的流量系数。

根据试验，第一级的流量系数小一些，第二级以后的缝口流量系数大一些，一般流量系数常取1。

蜂窝密封的设计,仿真及其应用研究

蜂窝密封的设计,仿真及其应用研究蜂窝密封是一种常用的密封结构设计，它的主要原理是利用蜂窝状结构的特性来实现密封效果。

蜂窝密封的设计与仿真及其应用研究已经成为热门领域，广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域。

蜂窝密封的设计是通过对蜂窝结构的形状、尺寸、材料等参数进行优化，以达到最佳的密封效果。

在设计过程中，需要考虑到密封性能、耐压性能、耐磨性能等方面的要求。

同时，还需要考虑到生产工艺、成本等因素，以确保设计的可行性和经济性。

蜂窝密封的仿真是通过计算机模拟的方法，对设计方案进行验证和优化。

仿真可以通过有限元分析、流体力学分析等方法来实现。

通过仿真可以得到蜂窝密封的应力分布、变形情况等信息，从而评估设计方案的可行性和优劣。

蜂窝密封的应用研究主要集中在航空航天、汽车制造、电子设备等领域。

在航空航天领域，蜂窝密封被广泛应用于飞机发动机、航空器密封等部位。

在汽车制造领域，蜂窝密封被应用于发动机密封、车身密封等部位。

在电子设备领域，蜂窝密封被应用于手机、平板电脑等设备的防水密封。

蜂窝密封的设计、仿真及其应用研究在工程领域中具有重要意义。

首先，蜂窝密封可以提高产品的密封性能，减少泄漏和损坏的风险。

其次，蜂窝密封可以提高产品的耐压性能和耐磨性能，延长产品的使用寿命。

此外，蜂窝密封还可以提高产品的防水性能，保护设备免受水分和湿气的侵害。

总之，蜂窝密封的设计、仿真及其应用研究对于提高产品的性能和质量具有重要意义。

随着科学技术的不断进步，蜂窝密封的设计和仿真方法也在不断创新和完善。

相信在不久的将来，蜂窝密封将会在更多领域得到广泛应用，并为人们的生活带来更多便利和安全。

蜂窝密封

透平机械密封间隙流体激振和蜂窝密封2008-03-12 22:52一、密封间隙流体激振密封间隙流体激振是燃气轮机、汽轮机、离心压缩机等叶轮机械普遍存在而不易解决的问题。

随着叶轮机械向着高效、稳定、大功率方向的发展，传统密封间隙流体激振的危害日益突出。

降低密封间隙的泄漏量，抑制密封间隙的流体激振，确保机组运行的稳定性，已成为现代叶轮机械发展的关键技术之一，下面先探讨一下梳齿迷宫密封气流激振的产生机理。

第一种观点：一般认为，由于Lomakin效应、Alford效应、螺旋形流动效应、三维流动效应、二次流效应等造成迷宫密封腔压力沿周向分布不均匀。

当气流进入密封体时，不仅以很大的轴向速度通过各腔，而且在轴的带动下具有很大的周向速度，所以气流在密封体内是以螺旋的形式向外流动的。

另外，由于轴系因制造等因素导致与密封齿在圆周上间隙的不一致，密封腔中的螺旋形流动使周向压力分布的变化与转子和密封腔之间的间隙变化不完全对应，最高压力点滞后密封腔最小间隙一定角度，这样，流体作用在转子上的力可分解成一个与偏置方向相垂直的切向力，该切向力将激励转子产生涡动，当激振力超过一定值时，就会使转子产生强烈的振动。

第二种观点：研究人员从流体弹性耦合的角度认为，密封腔中的流体在转子的干扰下，形成脉动的流场，该流场又激励转子振动。

在一定条件下，当流场脉动频率与转子的某阶固有频率相耦合时，将会产生强烈的自激振动。

试验表明，梳齿迷宫密封气流激振力的特点是：a 密封腔中气流周向速度分量是产生气流激振力的主要原因，密封腔中气流周向速度分量是由进汽预旋和转子旋转所产生的，周向速度增加，直接导致密封的交叉刚度系数迅速增大，从而使气流激振力增大。

b 气流激振力与密封间隙呈反比例关系。

密封间隙的减小，将直接导致密封交叉刚度系数增大，不利于转子的稳定运动。

c 气流激振的频率一般不高于转速频率，接近一阶频率。

d 气流激振力与转子偏心量是线性关系，正是由于偏心问题存在而导致气流激振的产生，当偏心越大时，所产生激振力越大，轴的振动亦越大。

蜂窝密封的封严特性研究

０
月ＩＪ舀
在燃气轮机、汽轮机、压缩机和涡轮泵等叶轮机械中，梳齿密封是一种常见密封。梳齿密封泄漏量较大，容易诱发转子振动。目前许多先进的叶轮机械都应用蜂窝密封，以提高机组的效率和稳定性。蜂窝密封技术已在汽轮机中得到了应用。蜂窝
提高机组效率，保证运行稳定性。排气压力为２８．５ＭＰａ的某离心压缩机发生了亚异步振动。将段间带有喷射流的梳齿密封改成带有喷射流的蜂窝密封后，振动消失。排气压力为３１．２ＭＰａ的某离心压缩机，将段间密封设计成带有喷射流的蜂窝密封，一直运行平稳。排气压力为５０．０ＭＰａ的某离心压缩机，使用这项技术并应用了阻尼轴承，
压比变化的试验曲线。试验中，储气罐中的高压空气，由调压阀分别调节到０．４０ＭＰａ，０．３５ＭＰａ，０．２５ＭＰａ和０．２０ＭＰａ，气体温度为２０ ℃。密封半径间隙均为０．１２ｍｍ。随着压比的增大，密封的泄漏量增加。在３种蜂窝密封之中，中蜂窝密封的封严特性较好，其次为小蜂窝密封，而大蜂窝密封则较差。
３．０３．０
蜂窝密封试验件和试验装置在一定程度上反映
了叶轮机械中蜂窝密封环的真实工作状态［７－９］
２试验结果
图３给出的是小蜂窝密封、中蜂窝密封和大蜂窝密封在不同转速下的泄漏量试验结果。
试验中，转子转速分别为０，１２００ｒ／ｍｉｎ，２４００ｒ／ｍｉｎ，３６００ｒ／ｍｉｎ，４８００ｒ／ｍｉｎ以及６０００ｒ／ｍｉｎ，输气口输入的空气压力为０．４ＭＰａ，温度为２０＊Ｃ，密封半径间隙均为０．１２ｍｍ。试验结果表明，随着

蜂窝式汽封介绍

蜂窝式汽封介绍一、蜂窝式密封技术的产生和发展早在上个世纪90 年代初期，美国航天领域的科学家在研究航天飞机液体燃料蜗轮泵的密封问题时，通过试验发现蜂窝形状的密封可产生很好的封严效果。

于是蜂窝式密封便开始在航天飞机、飞机发动机及燃气轮机上推广应用。

美国西屋公司将蜂窝密封技术应用在汽轮机低压缸后几级湿度较大的部位，取得了很好的除湿效果，有效的保护了动叶片免受水力冲蚀。

近年来,蜂窝式密封技术应用在汽轮机上。

跨国集团进入中国的300MW、350MW、600MW及650MW核电机组上均采用此项新技术，效果甚佳。

二、窝式汽封的结构特点及其密封机理近年来，蜂窝汽封已逐渐取代梳齿迷宫汽封，成功应用于汽轮机组、燃气轮机、空气压缩机和飞机发动机等领域。

蜂窝汽封密封环的内孔表面由规整的蜂巢菱形状的正六边形小蜂窝孔组成，其蜂窝带结构见图1。

蜂窝汽封是以汽体通过蜂窝带时产生的阻尼来密封，见图2。

蜂窝汽封中正六边形的蜂窝孔是由厚度仅为0.05～O.10 mm的镍基耐高温合金经特殊加工手段制成蜂窝带而形成的，蜂窝的高度及蜂窝孔的大小根据一定的设计规范确定。

先将薄板加工成规整的蜂窝带，然后采用真空钎焊技术将蜂窝带钎焊(亦称光滑无渣焊接)在母体汽封环内表面上，因此具有良好的耐高温性能。

蜂窝带很薄，硬度也很小，不会对与其相接触的任何钢质物件产生磨损。

蜂窝带叠合成正六边形状，使其在高度方向上具有足够的强度，不会在接触时被压损。

因此，蜂窝汽封可与轴颈保持较小的配合间隙，达到良好的密封效果。

蜂窝带即使被磨损也依然保持蜂窝形式，不会因结构上的变化而影响密封效果。

汽轮机蜂窝式汽封由镍基耐高温合金蜂窝带与环体组成，安装在静止部套上(汽封体)。

蜂窝式汽封的结构见图3、图4。

迷宫梳齿式汽封的结构模式是高低齿相间排列，而迷宫蜂窝式汽封的结构模式则是将低齿取消，在两高齿之间的槽道内全部钎焊蜂窝带；对斜齿或直齿式平齿轴封将原迷宫梳齿式全部改为蜂窝带，并将蜂窝带焊接在环体上。

迷宫密封原理特性与设计

迷宫密封是在转轴周围设若干个依次排列的环行密封齿，齿与齿之间形成一系列截流间隙与膨胀空腔，被密封介质在通过曲折迷宫的间隙时产生节流效应而达到阻漏的目的。

由于迷宫密封的转子和机壳间存在间隙，无固体接触，毋须润滑，并允许有热膨胀，适应高温、高压、高转速频率的场合，这种密封形式被广泛用于汽轮机、燃汽轮机、压缩机、鼓风机的轴端和的级间的密封，其他的动密封的前置密封。

迷宫密封的密封机理流体通过迷宫产生阻力并使其流量减少的机能称为“迷宫效应”。

对液体，有流体力学效应，其中包括水力磨阻效应、流束收缩效应;对气体，还有热力学效应，即气体在迷宫中因压缩或者膨胀而产生的热转换;此外，还有“透气效应” 等。

而迷宫效应则是这些效应的综合反应，所以说，迷宫密封机理是很复杂的。

1、摩阻效：泄露液流在迷宫中流动时，因液体粘性而产生的摩擦，使流速减慢流量（泄露量）减少。

简单说来，流体沿流道的沿程摩擦和局部磨阻构成了磨阻效应，前者与通道的长度和截面形状有关，后者与迷宫的弯曲数和几何形状有关。

一般是：当流道长、拐弯急、齿顶尖时，阻力大，压差损失显著，泄露量减小。

2、流束收缩效应：由于流体通过迷宫缝口，会因惯性的影响而产生收缩，流束的截面减少。

设孔口面积为A,则收缩后的流束最小面积为Cc A,此处Cc是收缩系数。

同时，气体通过孔后的速度也有变化，设在理想状态下的流速为ul,实际流速度比ul 小，令Cd为速度系数，则实际流速度ul为ul二Cdul于是，通过孔口的流量将等于q=CcCdAul 式中Cc • Cd二a（流量系数）。

迷宫缝口的流量迷宫缝口的流量系数，与间隙的形状，齿顶的形状和壁面的粗糙度有关。

对非压缩性流体，还与需诺数有关;对压缩性流体，还于压力比和马赫数有关。

同时，对缝口前的流动状态也有影响。

因此在复杂型式的迷宫只，不能把一个缝口的流量系数当作所有缝口的流量系数。

根据试验，第一级的流量系数小一些，第二级以后的缝口流量系数大一些，一般流量系数常取1。

一种新型蜂窝密封的封严特性

2018年第37卷第5期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS·1655·化工进展一种新型蜂窝密封的封严特性李盼1，李勇1，曹丽华1，付亚辉2，王佳欣1（1东北电力大学能源与动力工程学院，吉林吉林 132012；2国电民权发电有限公司，河南商丘 476000）摘要：为提高蜂窝密封的封严特性，改善转动机械的工作效率，本文在传统蜂窝密封基础上通过改变蜂窝的排列方式得到了一种新型蜂窝密封。

采用ANSYS CFX 软件对新型蜂窝密封和传统蜂窝密封内的三维流动情况进行了数值模拟，并引入泄漏系数，对这两种蜂窝密封在密封间隙、芯格直径、芯格深度、蜂窝壁厚、压比和转速变化时的封严特性进行了对比分析。

结果表明：新型蜂窝密封在大压比、薄壁厚和小间隙下比传统蜂窝密封更具封严优势；当蜂窝密封的芯格直径为3.2mm 时，新型蜂窝密封比传统蜂窝密封的泄漏系数减少了7.1%；改变蜂窝芯格深度，新型蜂窝密封的封严特性优于传统蜂窝密封。

特别是当转速增加时，新型蜂窝密封内的周向漩涡更稳定，能量耗散更强，泄漏系数更小，密封效果更好。

关键词：蜂窝密封；数值模拟；封严特性；流动；计算流体力学中图分类号：TH136 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2018）05–1655–09 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1319Sealing characteristics of a new honeycomb sealLI Pan 1，LI Yong 1，CAO Lihua 1，FU Yahui 2，WANG Jiaxin 1（1School of Energy and Power Engineering ，Northeast Electric Power University ，Jilin 132012，Jilin ，China ；2Guodian Minquan Generation Company ，Shangqiu 476000，Henan ，China ）Abstract ：In order to improve the sealing characteristics of honeycomb seal and to increase the workingefficiency of rotating machine ，a new honeycomb seal was obtained by changing the arrangement of honeycomb on the basis of traditional honeycomb seal. The three-dimensional flow fields in the new and the traditional honeycomb seal were simulated, respectively, by using ANSYS CFX software. The sealing characteristics of the two different honeycomb seals were comparatively analyzed with the change in seal clearance ，honeycomb cell diameter ，cell depth ，honeycomb wall thickness ，pressure ratio and rotation speed by adopting the leakage coefficient. The results showed that the new honeycomb seal has better sealing characteristics than the traditional honeycomb seal in large pressure ratio ，thin wall thickness and small seal clearance. When the core of honeycomb seal diameter is 3.2mm ，the leakage coefficient of the new honeycomb seal is reduced by 7.1% compared with the traditional honeycomb seal and the sealing characteristics of new honeycomb seal have been superior to traditional honeycomb seal with the cell depth changing. Moreover ，the circumferential vortex is more stable ，the energy dissipation is stronger ，the leakage coefficient is smaller and the sealing effect is better in the new honeycomb seal than in the traditional honeycomb seal with the rotation speed increasing.Key words ：honeycomb seal ；numerical simulation ；sealing characteristics ；flow ；CFD气封作为旋转机械的重要部件之一，在化工、能源、电力、航空航天等各个领域得到了广泛的应用。

高速旋转光滑面迷宫密封内流动和传热特性的研究

第28卷第2期 2008年4月动力工程Jo urnal o f Pow er EngineeringVol.28No.2 Apr.2008收稿日期:2007 06 20基金项目:国家重点基础研究973计划资助项目(2007CB707705);国家自然科学基金资助项目(50506023)和新世纪优秀人才支持计划资助项目(NCET 07 0669)作者简介:晏鑫(1983 ),男,博士研究生,主要从事叶轮机械气动热力学和密封技术的研究.李军(联系人),电话(Tel.):02982665062;E mail:junli@.文章编号:1000 6761(2008)02 0190 05高速旋转光滑面迷宫密封内流动和传热特性的研究晏鑫, 李军, 丰镇平(西安交通大学叶轮机械研究所,西安710049)摘要:采用三维计算模型,分析了在2种流量和不同转速时燃气轮机用收敛型和发散型高速旋转光滑面迷宫密封内的流动形态和传热特性.数值预测得到的光滑面迷宫密封的间隙热系数与试验数据吻合良好,验证了所采用数值计算方法的可靠性.结果表明:对于收敛型和发散型光滑面迷宫密封,在相同流量下,间隙热系数均随着旋转轴转速的提高而增加;在相同转速下,大流量时的间隙热系数小于小流量时的数值;在相同流量和转速时,2种型式光滑面迷宫密封的间隙热系数近似相等.关键词:能源与动力工程;燃气轮机;迷宫密封;泄漏流动;间隙热系数中图分类号:TK263.63 文献标识码:AInvestigations on the Flow and Heat Transfer Characteristics in HighR otating Smooth Labyrinth SealsYA N X in, L I J un , FE N G Zhen p ing(Institute o f Turbomachinery ,Xi an Jiaotong U niv er sity,Xi an 710049,China)Abstract:T he flow fo rm and heat tr ansfer characteristics in co nverg ent and diverg ent smoo th laby rinth seals used for gas turbine at different ro tating speeds w ith tw o kinds of leakag e flow rate w ere analyzed by using the three dim ensio nal co mputational model.The w indage therm al factors of labyrinth seals w ith smo oth stator obtained by numerical predictions w ere w ell agreed w ith the ex perimental data.The reliability of the numerical com putation m ethod adopted is validated.The results show that,for the converg ent and divergent laby rinth seals w ith sm ooth stato r,the w indage therm al facto rs both increased w ith the rotating speed incr easing at the sam e leakag e flow rate.The w indage therm al factor under high leakage flow rate is less than that under low leakage flow rate at the same ro tating speed.T he w indage thermal factors of tw o type's laby rinth seals w ith sm ooth stator are appro ximately equal to each other at the same r otating speed and leakage flow rate.Key words:ener gy and pow er engineering ;gas turbine;labyrinth seal;leakage flow ;w indag e ther mal facto r随着现代燃气轮机效率的提高和对稳定性要求的日益严格,广泛应用于燃气轮机中迷宫密封(图1)内的流动、传热和转子动力特性的研究受到科技工作者更多的重视和关注[1~5].对于迷宫密封结构而言,齿顶连线与转轴轴线可以是平行的,也可以是带有锥度的.从流动方向看,假若这2条线逐渐靠拢即为收敛结构;逐渐扩张则是发散结构.在设计和制造中,具体选用何种结构,应综合考虑密封结构的稳定性、封严性和传热特性.在燃气透平系统中,为了提高效率,其进口温度逐年提高,这就需要采用更为严格的冷却保护措施来降低工作于高温燃气中叶片的温度.在内部气流冷却系统中,迷宫密封的主要功能是阻止高温气流进入冷却系统.然而,由于迷宫密封结构中旋转部件产生的粘性功不仅会产生能量的损失,而且会导致工质总温的升高(间隙热能效应).这种效应降低了冷却的效果,相应地需从主流通道中抽出较多的工质来补充冷却气流量,造成有用工质减少,机组效率降低.假如忽视密封中的间隙热能效应,就会缩短高温部件的寿命、降低机组的效率,造成较大的经济损失.最初对密封中间隙热能效应的研究是以实验为主,由实验数据整理为经验公式,用于迷宫密封中温度特性的预测:M cGreehan&Ko[3]基于能量守恒定律和壁面剪切应力公式,提出了一个能计算不同进口预旋比、转速、流量条件下密封的间隙热系数经验公式.它最大的不足是需要凭借工程经验来确定修正系数,而且不同的学者使用的修正系数各不相同;M illw ard&Edw ards[4]通过测定具有不同齿型、不同静子面型式密封中的间隙热能,得出了一个可用于预测迷宫密封、蜂窝密封中间隙热能的经验公式,文中给出的预测误差在25%(最大可达到+ 40%),可见该公式预测精度较低,而且,当该公式用于其它类型密封计算时,其预测的精度更低.另外,它最大的缺点是不能用于计算进口有预旋的密封中的间隙热能.随着近年来CFD技术的发展,数值研究方法逐渐用于密封中的传热特性的研究. Denecke[1]使用商用软件FLU ENT,采用2维轴对称模型对光滑面迷宫密封内的间隙热能效应进行了研究,但数值模拟结果在大多数情况下与实验值偏差较大.总之,虽然目前已有较多的关于密封动力特性和流动特性的研究,但仍然不能较好地预测不同类型密封中的传热特性间隙热能效应.笔者使用CFX软件[6],以文献[1]提供的光滑面迷宫密封(含收敛和发散两种结构)作为研究对象,采用三维计算模型,研究了2种流量、不同转速下密封内的流动传热特性;得出了各种密封中的间隙热系数随周向马赫数的关系,并与实验值、经验公式预测值和2维数值模拟结果进行了比较.1 计算模型和数值方法图1给出了迷宫密封在燃气轮机中的应用位置示意图.图2是文献[1]试验研究的光滑面迷宫密封结构示意图.密封转子平均半径为253m m,径向间隙为1.3mm,齿高4.0mm,齿型夹角为20.当气流从左向右流动时(以左端面为进口),为收敛型结构;从右向左流动时为发散型结构.在计算中,考虑到结构的轴对称性,取一部分弧段作为研究对象,弧段的两侧采用周期性边界;转子面为旋转固壁;进口给定总温(300K)和流量(由轴向雷诺数确定),湍流度取来流的5%;出口给定静压(200kPa).采用时间推进方法求解,离散格式为高精度格式,紊流模型采用标准模型,近壁面区采用壁面函数法(scalable Log w all functio n),壁面均为绝热光滑壁面.图1 BR700系列高压燃气轮机密封系统示意图Fig.1 Labyrinth seal sys tem of BR700highpressu re gas turbin e series图2 收敛型和发散型光滑面迷宫密封几何尺寸结构Fig.2 Geometrical size parameters of the convergentand divergen t sm ooth labyrinth seals计算采用的是ICEM商用软件生成的结构化网格(图3).网格总数为14.2万,网格的最小角度大于50,最大长宽比小于100.当连续方程残差达到10-6数量级、传热方程和湍流方程残差小于10-6数量级和进出口流量相差小于0.2%时,可认为达到计算收敛.在绝热条件下,密封内转子损失的能量转化为流体的内能,引起流体总温的升高.间隙热能为:!191!第2期晏鑫,等:高速旋转光滑面迷宫密封内流动和传热特性的研究图3 光滑面迷宫密封计算网格示意图Fig.3 Computational grid of th e smooth labyrinth sealsH = m !C p ! T total(1) 定义间隙热系数为:=2C p T total /U2(2)本文计算的主要是发散结构和收敛结构2种密封在2种流量、不同转速下的间隙热系数.在实验中,保证轴向雷诺数分别为10000和20000,其对应的流量分别约为0.15kg/s 和0.30kg /s,压比近似为1.05和1.3;在每种流量条件下选择4种转速,转速范围为4000~12000r/m in.笔者在本文中所用到的实验数据来自于文献[1].实验得到的间隙热系数误差在2%~30%,平均误差在10.2%左右.在相同的流动条件下(Re x =10000,M u =0.313),选取3种不同的网格数对收敛型光滑面迷宫密封的间隙热系数进行计算分析,以考核所采用数值方法的可靠性.计算结果列于表1.从表1可看出:当网格数由14.2万增大1倍达到25万时, 误差仅为1.03%(相对于25万网格).因此,在计算中采用14.2万网格.表1 与网格节点数的关系Tab.1 Relation between the windage thermalfactor and mesh number网格数/104计算值实验值9.40.38314.20.3880.380250.3922 结果分析与讨论图4给出了收敛光滑面迷宫密封中随Mu 的变化规律.从定义式中可看出:M u 反映的是转子的转速,而Re x 反映的是流量的大小.在图4中可发现,在相同流量条件下,随着转子转速的提高, 逐渐增大,具体原因如下:Blasius 壁面剪切应力公式[5]为: Blasius =0.03955!!K 2!∀2!R-2c!Re-0.25i(3)McGr eehan &Ko 引入摩擦系数,将切应力分为静子切应力和转子切应力2个部分:s =C f S !(0.5!!!∀2!R 2c )R =C f R !(0.5!!!∀2!R 2c )(4)其中静子摩擦系数C f S 和转子摩擦系数C f R 计算公式为:C fS =0.063K1.87!Re -0.2cC f R =0.042(1-K )1.35!Re -0.2c (5)随着转速的提高,由式(4)和式(5)可知:壁面剪切应力逐渐增大,从而粘性功增大.根据能量守恒定律可知,粘性功转化为H ,再由式(1)、式(2)即可推知增大.(a)R e x =10,000(b)Re x =20,000图4 收敛型光滑面迷宫密封随M u 变化曲线Fig.4Variation cu rves of w indage therm al factor ( )withcircu mferential M ach Numb er M u for convergent s moothlabyrinth seal当R e x =10,000时(图4(a)),笔者采用的三维模型计算的结果与实验结果吻合较好,明显优于Denecke 的二维轴对称模型计算结果.利用M cGreehan &Ko.经验公式所得到的结果与Denecke 的二维轴对称计算模型得到的结果相近,均比实验值低25%.Millw ard 经验公式估计的结果!192!动力工程第28卷远小于实验值.当Re x =20,000时(图4(b)),笔者采用的三维计算模型与Denecke 的二维轴对称模型得到的结果精度相近,并且计算结果略高于实验值.同样,McGreehan &Ko.和M illw ard 经验公式得到的结果明显比实验结果小.因此,三维计算模型能较好地模拟光滑面迷宫密封中的传热规律,该模型要明显优于经验公式,与二维轴对称模型相比具有一定的优势.比较图4(a)和图4(b)可看出:在相同转速下,当轴向雷诺数增大1倍时, 减小约25%,表明总温升随流量的增大而减小.这是由于在相同转速下,切应力所做的功相近,H 也相近,由式(1)、式(2)即可得出上述结论,但应注意的是:泄漏量是增大的[4].假若仅靠增大泄漏量来降低总温升和提高冷却质量,在工程应用中是不经济的,因为泄漏量的增大将会产生较大二次流动损失.图5(a)给出了Re x =10,000时收敛型光滑面迷宫密封子午面上二维速度矢量图,气流在密封的间隙处加速,最大的速度出现在第四齿间隙的下游.每个腔室内均存在2个旋向相反的涡流,分别位于齿后和静子拐角后部.其中齿后的涡流涡尺寸较大,占据了腔室的一半空间;静子拐角后的涡流尺寸较小.从图中可发现,后者的尺寸直接影响进入间隙的高速流体的入射角.拐角后涡流尺寸越大,入射角就越大,实际的轴向速度将减小.当Re x =20,000时(图5(b)),密封内流场结构不变:每个腔室中仍存在2个涡流,且尺寸和位置均未变化;流量对流体进入间隙的入射角也无明显影响;仅仅是气流的速度增大,其中以密封间隙处的射(a)R e x =10,000,M u =0.61(b)Re x =20,000,M u =0.61图5 收敛型光滑面迷宫密封子午面速度图Fig.5 Velocity vector distribution at meridion alplane for convergent s mooth labyrin th s eal流速度增大量最为明显.因此,对于相同结构,流量不会对子午面上的流场结构产生影响.图6给出了发散型光滑面迷宫密封的数随M u 变化关系,与收敛密封类似, 随转速的增大而增大;并且在相同的转速下,收敛密封和发散密封中的相近.当Re x =10,000时(图6(a)),笔者采用的3D 模型得出的值与实验值吻合较好.Denecke [1]使用的2D 轴对称模型得到的结果要比实验值小约30%~40%.采用M cGreehan &Ko 经验公式得到的结果与2D 轴对称模型得到的结果精度相近.当Re x =20,000时(图6(b)),3D 模型计算的结果与实验相差较大,但趋势相同.同样,流量的增大也使得发散光滑面迷宫密封中减小.(a)R e x =10,000(b)Re x =20,000图6 发散型光滑面迷宫密封随M u 变化曲线Fig.6Variation cu rves of w indage therm al factor ( )withcircu mferential M ach Number M u for divergent s moothlabyrinth seal图7给出了2种流量下发散型迷宫密封子午面上二维速度矢量图.与收敛型密封(图5)对比可发现:每个腔室中仍存在2个旋向相反涡流.齿后的涡!193! 第2期晏鑫,等:高速旋转光滑面迷宫密封内流动和传热特性的研究流几乎充满了整个腔室,尺寸较大;静子拐角处的涡流尺寸较小.同样,流量只会影响速度的大小,不会对子午面上的流场结构产生影响.(a)R e x =10,000,M u =0.61(b)Re x =20,000,M u =0.61图7 发散型光滑面迷宫密封子午面速度图Fig.7 Velocity vector distribution at meridion alplane for divergen t sm ooth labyrinth seal3 结论(1)笔者所采用的3D 模型计算的结果与实验值吻合良好,在绝大多数情况下要优于Denecke[1]使用的2D 轴对称模型所得到的结果.McGr eehan [3]和M illw ar d [4]经验公式在预测密封中的传热特性时,比实验值约低25%.(2)对于发散型和收敛型2种结构,在相同流量下, 均随着转速的增加而增大.(3)对于相同结构,在相同转速下, 随着流量的增大而减小;但H 随着流量的增大而增大.(4)在相同转速与相同流量下,发散型和收敛型2种结构的光滑面迷宫密封的间隙热系数相近.符号说明:H ∀∀∀间隙热能C p ∀∀∀定压比热容,J/kg !K T to ta l ∀∀∀总温升,K R m ∀∀∀转子平均半径,m R S ∀∀∀静子半径,m R R ∀∀∀转子半径,mR c ∀∀∀流体质心与轴线的距离,m ∀∀∀∀转子转速,rad/s a ∀∀∀音速,m/sm ∀∀∀密封的质量流量,kg /s #m ∀∀∀工质的平均动力粘性系数,N !s/m 2C fS ∀∀∀静子摩擦系数C fR ∀∀∀转子摩擦系数Bla sius ∀∀∀Blasius 壁面剪切应力 s ∀∀∀静子切应力 R ∀∀∀转子切应力 ∀∀∀间隙热系数U ∀∀∀转子平均转速,U =∀!R m M u ∀∀∀周向马赫数,M u =U/a Re x ∀∀∀轴向雷诺数,Re x = m/#m ∃R m Re c ∀∀∀Couette 雷诺数参考文献:[1] Denecke J,D ullenkopf K ,Witt ig S,Bauer H J.Ex perimental investig atio n o f the t otal temper atur e incr ease and swirl development in r otating labyr inth seals [C]//2005,ASME Paper GT2005-68677.[2] M oo re J J.T hree dimensional CF D r oto rdynamicanalysis o f gas labyrinth seals [J].ASME Journal of Vibration and Acoustics ,2003,125(4):427-433.[3] M cG reehan W,K o S.P ow er dissipation in smo oth andho ney co mb labyr inth seals [J].ASME Paper 89 GT 220,1989.[4] M illw ard J,Edw ards M.Windage heating of airpassing thr ough labyrinth seals [J].ASME Journal of Turbomachinery ,1996,118(3):414-419.[5] Childs D.T urbomachinery r otodynamics:phenomenoa,mo delling and analy sis [M ].1ed.Jo hn W iley and So ns,Inc.New Y ork:1993.[6] AEA T echnolog y,2001,CF X T A SCf low 2.11.1Documentatio n.!194!动力工程第28卷。

蜂窝汽封(石化)

第二、国外一些汽轮机制造厂、燃汽轮机、空气压缩机、小透平机、飞机发动机都广泛应用了蜂窝汽封，取得了许多成熟的经验。
第三、中博恒宇科技有限公司的技术人员是国内较早的研究蜂窝汽封的，并在多年的设计中积累了大量的设计经验。
第四、我公司积极同国内各科研院所合作，积极消化和引进技术，有良好的理论技术基础和支持。
础，对合理的安排工艺是很有必要的对加工人员的要求也很高蜂窝密封在 Nhomakorabea心压缩机应用
应用密封部位
平衡盘级间密封轴端密封轮盖密封
蜂窝密封在轴流压缩机应用
应用密封部位：△轴端密封 △轮盖密封
蜂窝密封在燃气轮机应用
应用密封部位：☆轴端密封 ☆平衡活塞密封
蜂窝密封在工业透平机应用
应用密封部位：※轴端密封 ※隔板密封
常见传统迷宫密封结构
压缩机、鼓风机、小透平轴封
汽轮机低压缸轴封压缩机、鼓风机平衡盘、级间密封
压缩机、鼓风机轮盖密封
高汽轮机高压轴封（涨差很大的场合）
汽轮机高中缸轴封、隔板汽封
迷宫密封的密封机理
1. 热力学效应：气流流过密封齿进入腔室形成强烈的漩涡与室壁进行热交换，能量降低
2. 流束收缩效应：由于流体通过迷宫缝口，会因惯性的影响而产生收缩，流束截面变小，流束因此而产生能量消耗
漏 -蜂窝气 -梳齿迷宫量
漏 -蜂窝气 -梳齿迷宫量
漏 -中蜂窝
气 -梳齿迷宫量
间隙
蜂窝、梳齿的漏气量与间隙曲线
压比
蜂窝、梳齿的泄漏量与压比曲线
转速
蜂窝、梳齿的泄漏量与转速曲线
蜂窝泄漏计算方法
梳齿汽封改造可行性分析
第一、由于科学技术的飞速发展，密封技术、工艺及制造水平都大有提高，而迷宫密封已经应用近百年的时间，其设计结构已不能很好地满足现代工业要求。蜂窝汽封是航空工业技术背景下的产品，具有最先进的理念和工艺，并已经广泛应用于工业工程领域中。

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ＹＡＮｎ，ＬＩＪｎ，ＳＸｉｕＯＮＧｉｎＬｍｉｇ，ＦＥＮＧｈｎｉｇＺｅｐｎ
（ｎｔｕｅｏｕｂｍａｈｎｒ，ＸｎＪａｔｎｉｅｓｔ，Ｘｎ７０４，ＣａＩｓｉｔｆＴｒｏｃｌｅｙｉｉｏｇＵｎｖｒｉｔａｏｙｉ１０９Ｎｎ）ａ
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ｓｉｓｓｏｔａｈｎａｅｈａｉｇｎｍｂｒｏｈｏｅｃｍｂｌｂｒｎｈｓａｓｈｇｅｈｎｔａｕｔｈｗｈｔｔｅｗｉｄｇｅｔｕｎｅｆｔｅｈｎｙｏａｙｉｔｅｌｉｉｈｒｔａｈｔｏｈｍｏｔｎｔｔｅｓｍｅｌａａｅｆｏｒｔｎｏａｉｎｌｐｅ．Ｔｈａｐｎｈｒｃｅｉｔｓｆｔｅｓｏｈｏｅａｈａｅｋｇｌｗａｅａｄｒｔｔｏａｅｄｓｅｄｍｉｇｃａａｔｒｓｉｃ
ｒｎｈｓａｓｄｉｙｉａａｕｂｎｒｕｅｉａｌｖｓｉａｅｎｏｐｒｄｗｉｈａｓｏｈｉｔｅｌｕｅｎａｔｐｃｌｓｔｒｉｅｗｅｅｎｍｒｃｌｉｅｔｔｄａｄｃｍａｅｔｍｏｔｇｙｎｇ
算了２种流量、同转速时蜂窝面和光滑面迷宫密封的内流场以及间隙热系数．计算得到的蜂窝不面和光滑面迷宫密封的间隙热系数与实验数据吻合良好，证了数值方法的可靠性．研究结果表验明：在相同转速、向间隙和流量条件下，窝面迷宫密封的总温升高于光滑面迷宫密封，径蜂即蜂窝面迷宫密封的间隙热系数高于光滑面迷宫密封，明蜂窝面的阻尼作用提高了间隙热系数．对于蜂表
ＡｂｔａｔＴｈｅｋｇｌｗｎｏａｅｅａｕｅｉｃｅｓｈｒｃｅｉｔｃｆａｈｎｙｏｂｌｂ－ｓｒｃ：ｅｌａａｅｆｏａｄｔｔｌｔｍｐｒｔｒｎｒａｅｃａａｔｒｓｉｓｏｏｅｃｍａｙ
晏鑫，李军，宋立明，丰镇平
（西安交通大学叶轮机械研究所，１０９７０４，西安）
摘要：研究了典型燃气轮机蜂窝面迷宫密封内的流动和总温升特性，与光滑面迷宫密封进行了并
比较．采用标准ｋ－ｅ紊流模型数值求解了三维ＲｅｎｌｓｅａｅｖｅＳｏｅ（ＡＮＳ方程，ｙｏｄ－ｒｇｄＮａｉｒｔｋｓＲＡｖ）计
窝面和光滑面迷宫密封，总温升和间隙热系数随转速的升高而增大，流量的增大而减小．对于其随
蜂窝面迷宫密封，相同转速条件下，漏流量的增大使得子午面上速度增大，密封内的泄漏流在泄但
动形态基本相似，滑面迷宫密封内的泄漏流动形态也具有类似特性．光关键词：蜂窝面迷宫密封；漏流动；泄间隙热系数中图分类号：Ｔ６文献标志码：Ａ文章编号：２３９７２Ｏ）７０２ —５Ｋ２２０５－８Ｘ（０８０ —８３０ＳｔｄｎｏａｔｌＴｅｐｅａｕｅＩｃｅｓｆｕｙｏＦｌｗｎｄＴｏａｍｒｔｒｎｒａｅｏＨｏｙｏｂＬａｙｉｔｅｓｎｅｃｍｂｒｎｈＳａｌ
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第４２卷
第７期
西
安
交
通
大
学
学
报
Ｖｏ．２ № ７１４
２００８年７月
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＸＩＡＮＩＪＡＯＴＯＮＧＵＮＩＶＥＲＳＴＹ迷宫密封内流动和总温升特性的研究
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