台阶齿蜂窝衬套封严结构风阻特性的研究

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开题报告(徐玉超)

开题报告题目名称蜂窝-梳齿密封模型级的确定与相似设计准则的建立题目来源 B 题目类型 2 导师姓名徐万福学生姓名徐玉超班级学号0701014232 专业机械设计制造及自动化一、课题背景和意义在高速旋转的流体机械中为了减少介质泄漏，提高效率，通常需要采用各种封严措施，其中篦齿密封（Labyrinth Seal）和蜂窝密封（Honeycomb Sea l）是非接触式动态密封中重要的应用。

随着透平式流体机械向着高参数大排量方向的发展，为了提高效率，要求密封间隙越来越小，而篦齿密封转子的流体激振问题也越来越突出。

此外，在排气压力高达40~50MPa 的离心压缩机上，篦齿式密封的强度也存在安全隐患。

蜂窝密封是迷宫密封的另一种结构形式，是工业上针对高温及高压差工况下开发出来的高级密封技术。

蜂窝密封不仅封严特性好，还有很好的动力学特性，随着蜂窝芯格的加工和焊接工艺的不断改进，采用蜂窝密封技术的成本正不断降低。

蜂窝密封在高效大功率流体机械中有广泛的应用，特别是在大功率蒸汽轮机航、空燃气轮机及高压力离心式压缩机中应用越来越多。

与传统的密封相比，蜂窝密封最大的特点是可以改善转子的稳定性。

例如许多高压力离心压缩机和高压液氧液氢涡轮泵应用蜂窝密封替代梳齿密封，可以抑制密封流体激振，使转子运行平稳。

由于蜂窝密封在较小的密封间隙下(甚至无安装间隙)，仍具有很好的动力学特性，且不会损伤转子。

燃气轮机和汽轮机应用蜂窝密封，一方面是为了改善转子转动的稳定性；而更主要的一方面是由于减小了密封间隙，从而达到了降低漏气量、提高效率的目的。

蜂窝密封还具有收集微小水滴进行去湿的功能，减少了水滴对叶片的冲蚀，提高了叶片的可靠性。

有些汽轮机由于蒸汽激振，无法满负荷工作，蜂窝密封则可以提供较大的阻尼。

此外，采用蜂窝密封还能保证叶片或梳齿不与缸体产生摩擦。

虽然国内外学者对于蜂窝密封做了大量的研究工作，但蜂窝密封的封严效果目前还是以实测为主，由于蜂窝密封结构的复杂性，起封严机理的理论研究远远落后于实际应用，蜂窝密封虽然已经广泛的应用在各个行业，但仍然缺少相关的理论研究。

篦齿封严封油特性的数值与实验研究

篦齿封严封油特性的数值与实验研究崔垒;李国庆;韩戈;胡嘉麟;郭宝亭【摘要】The seal is an important unit of gas turbine air system,which has a significant effect on gas turbine byrinth seal, being the most typical seal form, is widely used for sealing oil and air.The air sealing characteristics were investigated extensively in the last several decades.However, there are few studies on the oil sealing characteristics of labyrinth seal in open literatures.The oil leakage of five different labyrinth seal geometric constructions was acquired under six pressure differentials numerically and two of them were verified experimentally.Then the three-dimensional air flow field of sealing gas which is used to avoid oil leakage was analyzed to obtain the influence of pressure differential, number of teeth,tooth cavity size and angle of oil-swinging tooth upon oil sealing characteristics.As a conclusion,because of the effects on pressure distribution,turbulent kinetic energy loss and flow route, the oil sealing characteristics change regularly.Pressure differential of 5 kPa is optimum,four-tooth labyrinth reduces leakage by 6.2% than three-tooth labyrinth,bigger tooth cavity is helpful and oil-swinging tooth of 60°acts better.%封严是燃气轮机空气系统中的重要单元,其密封特性对燃气轮机性能有重要影响.篦齿作为最传统的封严结构,广泛承担着封油封气的作用.目前对篦齿的研究集中于其封气性能,对其封油特性较少涉及.本文对5种不同篦齿封严结构在6个封严压差条件下进行二维数值计算,得到滑油泄漏量,并取其中2种结构进行了实验验证.通过三维数值计算,对篦齿内部起封油作用的封严气流场进行分析,从而得出封严压差、齿数、齿腔大小、甩油齿角度等参数对篦齿封油特性的影响规律.研究发现,由于不同参数会对篦齿内部封严气的压力分布、湍动能耗散、流动路径等产生影响,篦齿的封油效果也将随参数的变化发生规律性变化.5kPa封严压差效果最佳,齿数4相对齿数3泄漏量平均减少6.2%,大齿腔更利于封油,60°甩油齿表现更好.【期刊名称】《燃气轮机技术》【年(卷),期】2017(030)001【总页数】7页(P41-47)【关键词】篦齿封严;封油特性;数值分析;实验【作者】崔垒;李国庆;韩戈;胡嘉麟;郭宝亭【作者单位】中国科学院工程热物理研究所 ,北京 100190;中国科学院工程热物理研究所 ,北京 100190;中国科学院工程热物理研究所 ,北京 100190;中国科学院工程热物理研究所 ,北京 100190;中国科学院工程热物理研究所 ,北京 100190【正文语种】中文【中图分类】V231.3篦齿封严作为典型的封严结构，广泛用于密封轴承腔中的滑油，以及用作控制内部空气流的限流装置[1]。

蜂窝填充梯度吸能结构力学特性试验研究

第53卷第5期2022年5月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.53No.5May 2022蜂窝填充梯度吸能结构力学特性试验研究王晋乐1，田洪雷1，赵士忠1，杨紫2,3,4，姚曙光2,3,4(1.中车青岛四方机车车辆股份有限公司技术中心，山东青岛，266000；2.中南大学轨道交通安全教育部重点实验室，湖南长沙，410075；3.中南大学轨道交通安全关键技术国际合作联合实验室，湖南长沙，410075；4.中南大学轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心，湖南长沙，410075)摘要：为实现碰撞变形顺序有序可控，功能梯度思想在吸能结构设计逐渐得到应用。

为减小某动车组吸能结构在冲击过程中变形顺序的不确定性，采用蜂窝结构尺寸、诱导结构和强化加强筋板的梯度化设计思想，提出一种蜂窝填充梯度吸能结构，通过准静态压缩试验、刚性墙撞击和吸能结构偏置对撞的台车冲击试验研究其耐撞性能。

研究结果表明：冲击时蜂窝填充梯度结构从前至后产生稳定有序可控的变形，冲击力随压缩行程增加至508.07mm 时上升至最大值821.69kN ，呈现梯度上升的趋势，吸收冲击动能为244.1kJ ，满足某动车组耐撞击性能需求。

关键词：动车组；蜂窝填充吸能结构；梯度；准静态压缩试验；冲击试验中图分类号：U270.2文献标志码：A开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2022）05-1904-14Experimental study on mechanical properties of honeycomb-filledgradient energy absorption structureWANG Jinle 1,TIAN Honglei 1,ZHAO Shizhong 1,YANG Zi 2,3,4,YAO Shuguang 2,3,4(1.R&D Center,CRRC Qingdao Sifang Co.Ltd.,Qingdao 266000,China;2.Key Laboratory of Trafﬁc Safety on Track of Ministry of Education ,Central South University,Changsha 410075,China;3.Joint International Research Laboratory of Key Technology for Rail Trafﬁc Safety ,Central South University,Changsha 410075,China;4.National &Local Joint Engineering Research Center of Safety Technology for Rail Vehicle,Central SouthUniversity,Changsha 410075,China)收稿日期：2021−10−09；修回日期：2021−11−26基金项目(Foundation item)：湖南省自然科学基金资助项目(2021JJ30853)；国家自然科学基金资助项目(51675537)(Project(2021JJ30853)supported by the Natural Science Foundation of Hunan Province;Project(51675537)supported by the National Natural Science Foundation of China)通信作者：姚曙光，博士，教授，从事列车被动安全防护设计分析等研究；E-mail ：**************.cnDOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2022.05.034引用格式：王晋乐,田洪雷,赵士忠,等.蜂窝填充梯度吸能结构力学特性试验研究[J].中南大学学报(自然科学版),2022,53(5):1904−1917.Citation:WANG Jinle,TIAN Honglei,ZHAO Shizhong,et al.Experimental study on mechanical properties of honeycomb-filled gradient energy absorption structure[J].Journal of Central South University(Science and Technology),2022,53(5):1904−1917.第5期王晋乐，等：蜂窝填充梯度吸能结构力学特性试验研究Abstract:In order to control the order of collision deformation,the idea of functional gradient was gradually applied in the design of energy absorbing structures.To improve the deformation under impact,a honeycomb filled gradient energy absorbing structure was proposed,which was designed by using the gradient of honeycomb structure size,induced structure and reinforced rib plate.At the same time,the quasi-static compression test of energy absorbing structure,the rigid wall impact test and offset collision test of energy absorbing structure were carried out to study the crashworthiness of powered car train-set.The results show that the honeycomb-filled gradient structure produces stable,orderly and controllable deformation from front to back during impact.The impact force increases to the maximum value of821.69kN when the compression stroke increases to508.07mm.It shows a gradient upward trend,absorbing244.10kJ of impact kinetic energy,which meets the impact resistance requirements of powered car train-set.Key words:powered car train-set;honeycomb-filled energy absorbing structure;gradient;quasi-static compression test;impact test速度为160~350km/h的复兴号系列动车组全部投用，标志着中国铁路科技创新迈出重要步伐。

蜂窝-梳齿密封模型级的确定与相似设计准则的建立

VI
沈阳理工大学学士学位论文
第 1 章绪论
1.1 蜂窝密封简介
随着蒸汽轮机、燃气轮机等旋转机械性能的不断提高，密封的泄漏问题已经成为影响透平机械性能的重要因素之一，因此，改进和发展密封技术有很大的潜力。近几年，蜂窝密封技术日趋成熟，已经广泛应用在各类透平机械中如图 1.1~1.4 所示。
关键字：蜂窝密பைடு நூலகம்；模型；相似原理；设计准则
II
沈阳理工大学学士学位论文
Abstract
Honeycomb seal is a non-contact senior seal technology for the conditions of high temperature and high pressure in the aerospace industry.In recent decade years, honeycomb seal technology has become a very important branch of mechanical seal pared with the traditional seal,the biggest characteristic of honeycomb seal is that it can improve the stability of the rotor, and can reduce leakage, improve efficiency and reduce operation and maintenance costs. The research of domestic and foreign on and application of honeycomb seal are mainly concentrated in gas turbine, aviation engine, high-speed turbine pumps and centrifugal gas compressors, etc. Through widely collecting and reading the information of this researching field at home and abroad,I choose some basic level model as a basis,and through studying the similarity theory, in these models based on the level, to design principle of analogy with similarity theory and finally established a series of design criteria. In the end,to validate and analysis the correctness of design criterion through calculating some actual engineering instances.

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

燃气轮机篦齿封严特性的数值分析

第63卷第2期2021年4月汽轮机技术TURBINE TECHNOLOGYVol.63No.2Apr.2021燃气轮机篦齿圭寸严特性的数值分析贾新旺，刘飞，蔡其波(中船重工第七◦三研究所无锡分部，无锡214151)摘要:篦齿封严是燃气轮机设计过程中最普遍采用的一种非接触式密封装置。

采用Fluent软件,数值分析齿数、齿隙、齿腔深度、齿距及齿宽等结构参数对篦齿封严特性的影响。

结果表明，在保持篦齿其它结构参数不变时:增加齿数可以显著降低泄漏系数，但齿数达到4个后，泄漏系数减小幅度变小;减小齿隙或增大齿距均可以降低泄漏系数;篦齿齿腔深度存在临界值，低于该值时泄漏量会随着深度增加而降低,但超岀该值后，增加深度反而不利于封严效果;增大齿宽也能降低泄漏系数,但效果不明显。

此外，气流经过第一个齿腔后,压力系数会大幅下降，因而首个篦齿对整体的封严性能影响最大。

数值结论可以为篦齿封严设计提供参考依据。

关键词:燃气轮机;篦齿结构;封严特性;数值分析分类号:U664.1文献标识码:A文章编号：1001-5884(2021)024111_04Numerical Analysis of Gas Turbine Labyrinth Sealing CharacteristicsJIA Xin-wang,LIU Fei,CAI Qi-bo(Wuxi Division,No.703Research Institute of CSIC,Wuxi214151,China)Abstract:Labyrinth gas seals are the most commonly used non-contact seals in the design process of gas turbines.In this paper,the influence of structure parameters such as tooth number,tooth clearance,tooth depth,tooth pitch and tooth width on labyrinth gas seals is analyzed by Fluent software.The results show that the leakage coefficient can be reduced by increasing the number of tooth,but when the number of tooth reaches4,the decrease range of the leakage coefficient becomes smaller；the leakage coefficient can be reduced by reducing the backlash or increasing the pitch；There is a critical value for the depth of the labyrinth cavity,below which the leakage will decrease with the increase of the depth,but beyond this value,the increase of the depth is unfavorable to the sealing effect,and the increase of the tooth width can also reduce the leakage coefficient,but the effect is not obvious.In addition,the pressure coefficient will decrease greatly after the airflow passes through the first tooth cavity,so the first tooth has the greatest influence on the sealing performance of the whole.The numerical results can be used as a reference for the design of labyrinth gas seals.Key words:gas turbines；labyrinth gear structure；seal characteristics；numerical analysis0前言篦齿封严是燃气轮机中最广泛使用的一种非接触式流阻密封装置［1］。

台阶型封严篦齿流动特性试验研究

台阶型封严篦齿流动特性试验研究发布时间：2022-09-23T03:29:51.111Z 来源：《科学与技术》2022年第5月第10期作者：邓维赵尊盛[导读] 篦齿在发动机空气系统中具有调节空气流路温度、压力、流量等状态参数以及重要部位封严的作用邓维赵尊盛中国航发湖南动力机械研究所中小型航空发动机叶轮机械湖南省重点实验室湖南株洲 412002摘要：篦齿在发动机空气系统中具有调节空气流路温度、压力、流量等状态参数以及重要部位封严的作用，因此在航空发动机上应用十分广泛。

掌握台阶型封严篦齿的流量特性对空气系统设计具有重要参考价值。

本文通过测量典型篦齿在不同转速、进出口条件下的流量，获得了台阶型篦齿封严泄漏的流动特性。

关键词：航空发动机空气系统台阶型篦齿现代航空发动机空气系统担负着为发动机提供安全可靠工作环境的重任，需确定、控制和保证发动机主要零部件及有关系统在整个发动机飞行包线内要求的内部工作环境以及热状态。

篦齿在发动机空气系统中具有调节空气流路温度、压力、流量等状态参数以及关键部位封严的重要作用，并广泛应用于航空发动机转-静装配间隙的密封。

封严篦齿具有结构简单、易于加工和成本低等优点。

其泄漏特性对空气系统的冷气流量分配有重要影响，一方面需要保证冷气供应量，以满足发动机冷却需求，另一方面需要减少冷气供应量，以降低发动机的性能损失。

因此控制封严篦齿的泄漏量、掌握其泄漏特性与相关参数的关系对空气系统的元件设计及分析过程中的模型校准等工作具有重要参考价值。

篦齿密封结构最常见的为直通型和台阶型，国内外对直通型篦齿密封的密封机理及影响规律作了大量研究。

文献[1]对直通型篦齿密封进行了数值分析和试验研究，得到几何参数对篦齿密封特性的影响。

文献[2]对台阶型篦齿密封进行数值分析，得到影响泄漏量的主要因素。

目前国内公开发表的有关台阶型篦齿密封的试验研究较少，且没有对真实尺寸台阶型篦齿密封进行泄漏测量。

本文通过高速密封试验台，对真实尺寸台阶型篦齿密封的泄漏情况进行了测量，获得了不同的篦齿结构参数及不同的压差下篦齿的泄漏流量大小，从而更全面掌握封严篦齿的泄漏特性，为空气系统封严设计提供充分参考与依据。

迷宫密封-滚动轴承-悬臂转子系统非线性动力学特性分析

迷宫密封-滚动轴承-悬臂转子系统非线性动力学特性分析作者：罗跃纲王鹏飞王晨勇徐昊来源：《振动工程学报》2020年第02期摘要：對于带有迷宫密封的航空发动机转子系统气流激振问题，基于有限元理论，应用非线性滚动轴承支承力模型以及Muzynska密封力模型建立了两个滚动轴承支承的迷宫密封一悬臂转子系统动力学模型，并运用Newmark-β数值积分法求解得到系统在不同转速、偏心量和密封结构参数下的动力学响应特征。

研究结果表明，系统在一定转速范围内作周期一运动，随着转速的升高系统发生失稳并作拟周期运动;适当增大偏心量会导致转子在共振区出现偏心力所引起的短暂的混沌运动;增大密封间隙会使系统在高转速区重新回归周期一运动，而且失稳区域也随之减小;适当提高密封长度，系统仅表现为周期一运动，但继续增大密封长度，悬臂端承受密封圆盘的重量也将提高，失稳转速提前;另外还分析了失稳转速和密封力的影响因素及其影响规律，为转子系统的密封激振故障诊断及密封结构优化设计提供一定的理论依据。

关键词：非线性振动;悬臂转子系统;迷宫密封;密封力;有限元中图分类号：0322;0347.6文献标志码：A 文章编号：1004-4523（2020）02-0256-09DOI：10.16385/ki.issn.1004-4523.2020.02.005引言迷宫密封是普遍安装在现代航空发动机、汽轮机等旋转机械结构中的有效封严结构，它作为一种非接触式密封，具有结构简单、耗能小、使用寿命长、无需润滑等特点，其作用是减少轴端与各级问的流体泄漏损失。

对于带有迷宫密封的转子系统，由于工作转速的提高、转子柔性增大和高参数密封致使密封激振作用极易发生，并导致转子失稳。

因此，为加强该类系统的运行稳定性与工作安全性，研究含有密封激振力作用下的转子系统动力学特征并分析一些典型参数影响规律有着重要的意义。

多年以来，国内外许多专家学者在含有密封的转子动力学领域作了大量研究，比如在求解密封动力特性系数并分析其影响因素方面，wang等通过应用单控制体模型及摄动法对含有迷宫密封的转子系统进行动力学建模并对其进行计算;文献[2-3]利用cFX-TAscflow流体动力学软件计算了密封转子动力系数，并研究了它的影响因素等。

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一
此，本文作者运用Ｆｕｎ软件，以台阶齿蜂窝衬套封ｌｅｔ
严结构为研究对象，采用三维计算模型，研究了不同转速、进出口压比、节流间隙，以及蜂窝结构尺寸等
对篦齿封严泄漏特性和风阻效应的影响，对工程设计有一定的指导意义。１物理模型的建立
１１物理模型．
用ＣＤ软件，运用二维轴对称模型和三维模型分析Ｆ
了风阻生热效应，但与实验比较误差较大，计算精度
还需提高。晏鑫等人揭示了高转速光滑衬套台阶篦齿结构的内部流动和换热特性。
作者简介：纪国剑（９０）１８一，男，博士，讲师，主要从事动态
ＭＧｅｈｎ和Ｋ从热力学定律的功热转化角度ｃｒａｅｏ出发，提出气流温升的热量来源于转子对气流所做的
射流结构，倒角越大，风阻效应越弱，风阻生热最大
可降低５％。国内，呼艳丽等对阶梯齿风阻温升４进行了初步的试验研究，认为篦齿的温升主要是由篦
（．ｏｅｅｆｎｒｎｏｅＥｇｅｒｇＮｎｎｎｅｉｆｅｎｕｉｎｓｏａｔｓＮｎｉｇｉｇ１０６１ＣｌｇｅｙａｄＰｗｒｎｉｅｎ，ａｊｇＵｉｒｔｏＡｒａｔｓｄＡｔｎｕｉ，ａｊａｓ２０１，ｌｏＥｇｎｉｉｖｓｙｏｃａｒｃｎＪｎｕＣｉ；．ｏｅｅｏＭｃａｉｌｎｎｒｎｉｅｒｇＣａｇｈｕＵｉｒｔ，ｈｎｚｏａｇｕ２３１，ｈｎ）ｈａ２ＣｌｇｆｅｈｎｃｄＥｅｇＥｇｅｎ，ｈｎｚｏｎｅｉＣａｇｈｕＪｎｓ１０６Ｃｉｎｌａａｙｎｉｖｓｙｉａ
图４数值计算结果与试验值比较
ＦｉＣｏａｓｎｏｕｒｃｌｃｌｕａｉｎｇ４ｍｐｒｏｆｎｍｅａａｃｌｔｉｉｏｒｓｌｗｉｘｅｍｅｔｌｒｓｌｅｕｔｔｅｐｒｎａｅｕｔｈｉ
图２流场计算域
随转速、压比、节流间隙和蜂窝结构参数的变化规律。结果表明：泄漏流体风阻生热总温升随转速和蜂窝单元直径的增大而增大，随压比和节流间隙的增大而减小；蜂窝深度对风阻生热影响不大，基本可以忽略。关键词：台阶篦齿；蜂窝衬套；泄漏特性；风阻生热中图分类号：Ｖ３．文献标识码：Ａ文章编号：０５０５（０２４— ４５２１１２４— １０２１）０３—
齿封严的风阻效应，指出风阻生热与齿形表面拉伸长度成正比，蜂窝衬套表面摩擦阻力较光滑衬套高，风阻生热增加约为光滑衬套的１１。Ｎｙｋ等。研．５倍ａａ究了发动机过渡状态下齿尖形状和静止蜂窝衬套磨损槽结构等对台阶篦齿蜂窝结构风阻生热的影响，指出
ＡｂｔａｔＮｕｒｃｌｉｖｓｉａｉｎｏｎａｅｈａｉｇａｄｌａａｅｃａａｔｒｓｉｎｓｅａｙｎｈｓａｓｗｉｏｅｃｍｂｓｒｃ：ｍｅａｎｅｔｔｆｗｉｄｇｅｔｎｎｅｋｇｈｒｃｅｔｃｏｔｐｌｂｒｔｅｌｔｈｎｙｏｉｇｏｉｉｈｂｓｓｍａｅｔｔｄｈｆｃｆｒｔｔｏｐｅｔｅｐｅｓｒａｉｆｉｌｔａｄｏｔｅ，ｈｏｔｌａａｃｎｔｃｕｅｏｕｈｗａｄｏｓｕｙｔｅｅｆｔｏｏａｉｎｓｅｄ，ｈｒｓｕｅｒｔｏｅｎｕｌｔｔｒｔｌｃｅｒｎｅａｄｓｒｔｒｆｅｏｎｅｕｈｎｙｏｕｈ．ｅｒｓｌｓｓｗｈｔｔｅｔｔｌｔｍｐｅａｕｅｏｅｋｇｕｄｃｕｅｙｗｉｄｇｅｔｎｓｉｃｅｓｄｗｉｏｅｃｍｂｓＴｈｅｕｔｈｏｔａｈｏａｅｂｒｔｒｆｌａａｅｆｉａｓｄｂｎａｅｈａｉｇｉｎｒａｅｔｌｈｔｅｉｃｅｓｆｔｅｒｔｔｏｐｅｎｈｉｅｏｏｅｃｍｂｃｌａｄｄｃｅｓｄ．ｔｈｎｒａｅｏｅｐｅｓｒａｉｎｈｎｒａｅｏｈｏａｉｎｓｅｄａｄｔｅｓｚｆｈｎｙｏｅｌｎｅｒａｅｗｉｔｅｉｃｅｓｆｔｒｓｕｅｒｔａｄｈｈｏｔｅｔｒｔｌｌａａｃ．ｈｅｗｉｄｇｅｔｇｉｍｏｔｕｃａｇｄｗｉｈｅｄｐｈｏｏｅｃｍｂｂｓｈｈｏｔｅｃｅｒｎｅＴｎａｅｈａｉｓａｎｌｓｎｈｎｅｔｔｅｔｆｈｎｙｏｕｈ．ｈ
台阶齿蜂窝衬套封严结构风阻特性的研究
纪国剑吉洪湖黄云霞帅海山王政伟
江苏南京２０１；１０６
（．南京航空航天大学能源与动力学院１
２．常州大学机械与能源工程学院
江苏常州２３１）１０６
摘要：对台阶齿一蜂窝衬套篦齿封严结构的泄漏特性和风阻特性进行数值模拟，得到流体的泄漏特性和风阻特性
相比于锐边齿尖结构，齿尖倒角结构改变了齿尖节流
等Байду номын сангаас的冷却。然而由于篦齿密封结构中转子旋转对流体
做功，不仅会产生能量的损失，而且会导致工质总温
的升高。这种效应降低了冷却的效果，相应地需通过主流通道从压气机抽出更多的高、低压冷却气体来补
充，造成有用工质减少，机组效率降低。
ＦｉＮｕｒｃｅｉｎｏａｙｉｔｅｌｇ２ｍｅｉａｒｇｏｆｌｂｒｎｈｓａｌ
１４．
数据处理
根据ＭＧｅｈｎｃｒａ等提出的功热转化原理，可得ｅ风阻生热造成的泄漏气体总温升如式（）所示。１
１２网格划分与独立性验证．
本模型采用的数值方法计算结果与实验吻合较好，高转速时误差稍有增加，最大误差在７５．％左右。
图１台阶篦齿蜂窝模型结构尺寸示意图
ＦｉＳｒｔｒｆｓｅａｙｎｈｓａｔｏｅｃｍｂｂｓｇ１ｔｕｃｕｅｏｔｐｌｂｒｔｅｌｗｉｈｎｙｏｕｈｉｈ
采用压力进、出口边界条件，进口总温为７１６Ｋ，出口静压为１１３５Ｐ。转子表面设为绝热旋转０２ａ面，蜂窝衬套的内壁设为耦合静止面，蜂窝衬套的顶
２６ｍ５ｍ，出口处半径为２０ｍ５ｍ。节流间隙为１３．ｍｍ，齿高为４ｍｍ，齿型为等腰梯形，夹角为２。４，齿距为８ｍＴｌ。图２为流场的计算域。考虑到六角蜂／窝结构周向对称，可简化模型选取一个扇形周期进行计算，流体域即为计算域。
△ ：三
ｍ。Ｃ。
（）１（）２（）３・Ｒ）（）４
图３为三维模型计算域齿尖处网格局部放大示意图。模型采用结构化网格，在网格划分的过程中，为了提高网格的质量，将模型进行分块，在间隙处以及壁面附近进行网格加密。对网格数量分别为１０万、０１０和１０万的模型进行了网格验证实验，发现３万５１０的网格数量已经满足网格独立性要求。３万
密封与余热利用方面的研究．Ｅｍｉｉｏａ２０＠１３ｃｍ — ａ：ｊｕｊｎ０２６．ｏ．ｌｇｉ
台阶篦齿由于直通效应较直通篦齿明显下降而具
润滑与密封
第３７卷
有更好的封严特性。蜂窝结构具有良好的转子动力学特性、过渡阶段保护转子的可磨性等优点，同时粗糙的蜂窝表面结构一方面引起较高的风阻生热，另方面与齿尖共同作用导致泄漏量的增加或减少。为
齿盘面旋转效应引起的风阻温升和气体在旋转腔道中
摩擦引起的风阻温升，低压比时后者基本可忽略。
功，并考虑进口预旋比、转速和流量等因素，总结归
纳了风阻引起的总温升的经验公式。Ｍｉｗｒｌａｄ和Ｅ — ｌｄｗｒｓ通过试验测定不同齿型和不同静子衬套的篦ａｄ
｝基金项目：江苏省高校自然科学基金项目（１Ｊ４００）１ＫＢ７０１．
收稿日期：２１０１一ｌｌ一０７
近年来，随着ＣＤ技术的发展，数值方法逐渐Ｆ
用于篦齿封严换热特性的的研究。Ｄｎｃｅ等使ｅｅｋ卜
部壁面设为绝热静止面。前后对称面为周期性边界条件。采用重整化群ＲＧ湍流模型和ＳＭＰＥ算法Ｎ一ＩＬ来模拟篦齿封严内部的流动与传热特性。图４为本文计算结果与Ｄｎｃｅ的ＮＳｅｅｋＡＡ试验对比图。可见，
随着转速的增加，泄漏流体进出口总温升增加显著。
ＩｖｓｉａｉｎｏｉｄｇｅｔｎｎＳｅｂｒｎｈｎｅｔｇｔｏｆＷｎａｅＨａｉｇｏｔｐＬａｙｉｔＳａｓｗｉｈＨｏｙｏｂＢｕｈｅｌｔｎｅｃｍｓ