水轮机应用蜂窝密封的吸水和减振模拟试验

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【国家自然科学基金】_间隙密封_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802

推荐指数 3 3 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2009年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
2008年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
科研热词间隙热系数迷宫密封泄漏流动高分子复合材料配合间隙透平机械进口预旋设计蜂窝面迷宫密封蜂窝密封艉轴密封能源与动力工程缸孔柱塞副磁流体磁场电流变液球坐标系燃气轮机热力耦合海水液压泵流型泄漏油气两相流整体接触耦合法数值模拟数值分析抛光微通道微磨头弹流润滑密封四氧化三铁喷油压缩机变工况动力学特性刷式密封供液液膜传热特性人工关节乏液
科研热词密封预旋静态特性间隙热能迷宫密封迟滞轴向力转轴偏心超磁致伸缩驱动器超微燃气透平螺旋密封级密封离心压缩机磁流体磁场力状态预测流动传热特性泄漏流动油膜轴承板弹簧有限元分析数值模拟指尖密封实验研究动态泄漏动态响应动力学分析位移响应三维cfd数值模拟 bp神经网络 ansys
科研热词机械密封蜂窝密封混流式水轮机非平衡壁面函数静密封静压止推气体轴承转轮上冠间隙纹理粗糙度稳定性判据稳定性离心叶轮磁性液体热弹变形热-流-固耦合分析流固耦合流体静压密封流体静压流体动压效应波度机械密封汽轮机汽封气锤自激气体润滑止漏环模型试验核主泵机械设计有限元仿真计算整体流动模型数字滤波数值计算平均流动模型小流量系数封闭润滑油密封泄漏密封定常和非定常压力定常与非定常速度大间隙大直径多孔端面均压槽吸水半解析法动力特性刷式密封初始间隙减振冲击临界位移 reynolds方程

水轮机导叶中轴套漏水分析与密封结构改造

37第44卷第4期2021年4月Vol.44 No.4Apr.2021水电站机电技术Mechanical & Electrical Technique of Hydropower Station1 前言彭水水电站位于乌江下游，安装5台单机容量为350 MW 的大型混流式水轮发电机组，装机总容量为1750 MW，水轮机型号为HLF169A0-LJ-768，由天津阿尔斯通水电设备有限公司生产制造，水轮机导叶中轴套安装在顶盖下端，与上轴套、下轴套共同固定活动导叶的径向摆动，使导叶能平稳地进行调节水轮机流量，以适应系统对机组出力的要求。

自2008年投产发电以来，5台机组均出现不同程度的中轴套漏水问题，中轴套漏水增加，一方面顶盖排水泵启停频繁，增加顶盖排水泵负担，缩短顶盖排水泵寿命，另一方面中轴套漏水溅到顶盖下的顶盖排水泵电机、拉断销微动开关、水导外循环油泵电机、回油箱等处，容易造成泵的烧毁、开关的误动、油箱油混水信号的报警等故障，当漏水量进一步增大，顶盖自流排水管和顶盖排水泵的排水能力无法满足中轴套的漏水量时，就会发生水淹水导轴承并导致机组停机事故，甚至导叶中轴套密封完全失效将造成水淹厂房事故。

2 导叶中轴套密封结构彭水水电站5台水轮机分别有24个中轴套，中轴套通过8颗螺栓（M 20×60镀锌螺栓，强度4.8级）与顶盖螺栓连接，中轴套本体材质为ZG275-485H，中轴套衬套尺寸为340×380×300（d×D×H，mm ），中轴套衬套材料为FZ-5B，用于防止导叶轴颈磨损，中轴套内圈贴轴动密封GY1-3400型轴用Yx 圈，GY1材料为丁腈橡胶或氟橡胶密封圈，用于防止导叶轴颈与中轴套间间隙向顶盖漏水，外圈静密封为O 形密封圈375×7，材料为丁腈橡胶或氟橡胶密封圈，用于防止中轴套和顶盖间间隙向顶盖漏水，导叶中轴套密封结构如图1所示。

【国家自然科学基金】_混流式水轮机_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140730

科研热词混流式水轮机水力机械水轮机数值模拟流固耦合模态分析主轴系统非定常疲劳设计校核混流式转轮混流式水轮机转轮水轮机转轮固有频率压力脉动全局耦合飞逸暂态过程非定常紊流雨流计数法附加质量边界拟涡能流载荷谱转轮欧拉水头质量矩阵试验计算机仿真裂纹补气自振特性组合共振离心力神经网络疲劳裂纹疲劳可靠性设计源定位混流式水轮机转轮叶片流场分析流场流体机械水压力水力损失水头计算水力性能有限元法有限元模型有限元分析数值预测振动特性性能预测安全评估声发射检测声发射技术增容防蚀固有振型
2010年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
科研热词混流式水轮机数值模拟流激振动广义变分原理压力脉动飞逸过渡过程频率可靠性非定常运行区轴系转轮叶片转轮上冠间隙计算流体动力学蜂窝密封虚拟样机瞬态湍流场流固耦合流体-结构相互作用活动导叶泄水锥水轮机水轮发电机组水压力脉动水力机械止漏环模型试验有限元法整体流动模型数值方法定常和非定常压力定常与非定常速度大涡模拟吸水动网格动应力减振仿真不同步导叶三维瞬态湍流场 gmres
53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63
叶道涡可倾瓦导轴承变分原理动静干涉动态特性传递矩阵法优化临界转速不同步导叶三维导叶 x型叶片
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
推荐指数 11 5 4 3 3 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

蜂窝密封的水封特性

黏性模型
，其／２．有如下形式：
（６）（７）
，
密封．根据实际使用观测得到的数据也证实蜂窝密
封寿命是普通梳齿密封的２倍以上，且具有减少泄漏、提高转子稳定性、提高效率等多重优越性能．然而蜂窝结构在液封方面的封严特性却鲜有报道，同时蜂窝密封的密封性能受一些参数影响
（ｃ）２＝一
（ｃｓＡ）（２一ｓＳ — ）士，
速度变量的分离求解．１．３边界条件
式中：为亚格子应变张量分量；为过滤宽度；Ｃ为Ｓｍａｇｏｒｉｎｓｋｙ模型系数，
计算区域如图１所示．主要包括蜂窝格子，静止
＝的变化规律以及哪些参数对密封性能起主要作用Ｃ等都有待研究．
Ｖ
ＩＩ口＝／３１ｌ卢２２＋卢２２３３＋卢３３／３１ｌ一卢１２一卢２３一卢３１，（８）
：
∑ Ｏ — ｌｍｉ＂，
（１２）
０，
（１）
Ｌｖ — —瓦■— 一
ＳｉｔＳｊ１）ｖ
ＯｌｉｋＯＬｉｋ
， ——
＿＿＿『＿一，
ｑ３
ＯＦｔｉ
＋
茜ｃ＝一蓑＋毒等Ｏ一ｘ￣／］一署，
（２）
式中：假定 △＝２＝４Ａ成立．

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

水轮机密封材料的研制及其使用性能的考察

水轮机密封材料的研制及其使用性能的考察水轮机是一种转化水能为机械能的装置，由于其效率高、安全可靠、环保节能等优点，在水力发电中得到了广泛应用。

而水轮机的密封材料是保障其正常运转和长期稳定性的关键因素之一。

本文将介绍一种水轮机密封材料的研制及其使用性能的考察。

首先，我们需要了解水轮机密封材料的要求。

在水轮机的运行中，密封材料需要具备足够的可靠性、气密性、耐高温、耐低温、耐腐蚀、耐磨损等特性。

因此，研制一种具备这些特性的水轮机密封材料是十分关键且具有挑战性的。

在实际研制中，本研究团队采用聚四氟乙烯（PTFE）及其复合材料作为密封材料，在添加一定量的添加剂后，制成一种高性能水轮机密封材料。

同时，为了测试其性能，我们进行了一系列的实验考察。

首先，利用压缩测试仪对该材料进行了密封性能测试。

实验表明，该材料在压缩过程中能够完全密封，无渗漏现象出现，其密封性良好。

其次，考察了该材料的耐高温性能。

我们将其放置在高温环境下，发现该材料表现出了较好的耐高温性能，能够在200℃的高温下长时间稳定运行，不会出现变形、熔化等现象。

接着，进行了对该材料的抗腐蚀测试。

我们将其放置在酸、碱等强腐蚀性液体中，材料表面未出现丝毫损坏，仍能保持原有的性能。

最后，对该材料进行了耐磨损性能测试。

实验结果表明，该材料具备较好的耐磨损性能，能够长期耐受水流冲击等作用，不会出现表面磨损、裂纹等现象。

综上所述，我们所研制的这种水轮机密封材料具备良好的性能，能够适应水轮机在实际运行中的各种环境条件，保障其正常运行和长期稳定性。

此外，为了进一步验证该材料的可靠性，我们还进行了实际的应用试验。

经过长时间的运行和实际检测，该材料的使用效果优异，未出现任何问题，得到了使用单位的高度认可和推广。

此外，为了在实际施工中提高该材料的使用性能，我们也进行了诸如结构设计优化、制造工艺改善、鉴别及处理环境变化等方面的探究，使得该材料的使用成本得到大幅降低，同时在保证其高性能的同时，也能更加有效地延长其使用寿命。

【国家自然科学基金】_迷宫密封_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140729

推荐指数 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2009年序号 1 2 3 4 5 6ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ7 8 9 10 11 12 13
科研热词迷宫密封预旋非线性动力特性系数间隙热能超微燃气透平螺旋密封流动传热特性泄漏流动气流激振数值模拟密封三维cfd数值模拟 fluent
推荐指数 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2011年科研热词计算公式蜂窝密封泄漏特性数值模拟推荐指数 1 1 1 1
2012年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32
科研热词迷宫密封泄漏量流场传动齿轮箱转子动力学耦合传热泄漏特性动力学参数 cfd 非线性动力学错齿式迷宫密封迷宫气封辅助齿转速转子偏心量转子-轴承-密封系统蜂窝密封薄叶气封离心叶轮混沌涡旋压缩机泄漏流动机车数值模拟径向迷宫密封小流量系数密封性能压差努塞尔数分岔偏心率三维流场
推荐指数 8 7 4 3 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2013年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
科研热词迷宫密封迷宫汽封转子稳定性转子-轴承-密封系统蜂窝密封离心压缩机泄漏量泄漏流动汽轮机级数值模拟平衡孔孔式阻尼密封动力学模型临界转速
2008年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

水力发电引水系统水体共振的数值模拟

强分布和流场的初始速度分布与实际不一致初值带来的偏差相当于在初始时刻加上的冲击载荷
引水系统水体内各部分典型的压强信号显示表导叶全关和满开度的水体振荡频率单位
压强初始的大幅度振荡很快衰减随后趋于小幅度按波分量幅度排序
平稳振荡如图所示较高频率的低频调制信号主要出现在尾水管和蜗壳内引水管内以低频信
全关满开度
号为主引水管末端的压强信号中的主要振频列于表
由式和式分别计算全开的直圆柱水体一阶固有频率为
一端关闭直圆柱水体的一
阶固有频率为
表中列出导叶全关和满开度的水体振荡频率以作比较从表中数据可以看
到对于导叶全关和全开两种情况引水管内在初始大幅度冲击载荷激励下产生的振荡信号的主频率接
近直圆柱水体一阶固有频率的理论值实际的引水系统流道形状和管内流速的变化会影响水体固有频
个大气压蜗室经过活动导叶连接到叶轮腔和尾水管直径
的直立圆柱模拟尾水管到下游水面之间的水体为便于给
出下游水面的大气压强条件将尾水管向上开口开口处定义为水流出的边界条件边界处的压强为一个大气压管道和蜗壳中水体的
图水体共振计算模型
外表面定义为零流速的边界条件其它没有定义的边界面均为刚性壁面水不能流过
在
之间每间隔
计算一组等幅强
迫振动的压强响应曲线计算是在初始冲击载荷激发
的大幅度波衰减后从第引入强迫振动后的结果
图给出强迫振动频率
压强曲线
图的幅图分别对应
这
个单元每幅图中曲线的纵坐标是压强信号分解后得
到的各小波分量中的最大脉动幅度方形符号横坐标
是对应的强迫振动频率

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Ｉ
ｏｒａｆＤｒｉａｅａｄＩｒｇｔｏａｈｎｒｇｎｅｉｇＪｕｎｌｏａｎｇｎｒｉａｉｎＭｃｉｅｙＥｎｉｅｒｎ
水轮机应用蜂窝密封的吸水和减振模拟试验
何立东，尹德志，李承曦，伍伟
（ｉ京化【大学渗斯臼愈程研究ｒ心．窜００９，￡｝』北０２）
摘

要：为减少混流式水轮机止漏环中流体产生的自激振动，根据止漏环各种密封结构，简化并提
出密封模型．并根据模型搭建了试验台．取直接测量转轴振动的方法，比了简化后的密封模型采对与蜂窝密封在调整转子偏心程度的情况下振动幅值、波形图和频谱图的差别，以及增加转子质量不
ｔｅｙｓｐｒｓｈｉｒｔｎｃｕｅｙｒｔｒｅｃｎｔｉｉｙａｄｍａｓｉａａｃ．Ｔｈｉｒｔｎｂｈｖｏｓａｅｉｌｕｐｅｓｔｅｖｂａｉａｓｄｂｏｏｃｅｒｃｔｎｓｍｂｌｎｅｖｏｅｖｂａｉｅａｉｒｒｏ
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ａｃｏｄｎｏｔｔｔｒｓｏｅｌｒｎｓｉｒｎｉ—ｕｂｎｃｒｉｇｔｈｅｓｒｕｅｆｓａｉｇｎＦａｃｓｔｒｉｅ，ｔｅｌｎｄｌｗａｉｉｅｕｃｈｅｓａｉｇｍｏｅｓｓｍｐｌｄｉｆ
ｌｙ，ｔｉｒｔｏｍｐｉｕｅ，ｏｃｌｏｒｍｎｅｕｎｃｐｃｒｇａｂｔｅｈｉｌｆｅｅｌｎｄｌｈｅｖｂａｉｎａｌｔｄｓｉｇａａｄｆｑｅｙｓｅｔｏｒｍｅｗｅｎｔｅｓｍｐｉｄｓａｉｇｍｏｅｌｒｉａｄｈｎｙｏｅｌｒｏｔａｔｄｕｅｈｏｄｉｏｓｏａｉｕｏｏｃｅｔｉｉｙ，ａｄｔｅｖｂａｉｎｎｏｅｃｍｂｓａｓｗｅｅｃｎｒｓｅｎｄｒｔｅｃｎｔｎｆｖｒｏｓｒｔｒｅｃｎｒｃｔｉｎｈｉｒｔｏａｌｔｄｅｔｒｓｏｈｅｔｎｆｓａｓｗｉｈａｄｗｉｏｔｉｂｌｎｅｍａｓａｄｄｔｈｏｏｒｎｍｐｉｕｅｆａｕｅｆｔｗｏｋｉｄｓｏｅｌｔｎｔｕｍａａｃｓｄｅｏｔｅｒｔｒｗｅｅｉ — ｈｖｓｉａｅｅｔｇｔｄ．Ｔｈｅｕｔｈｗｈｔｃｍｐａｅｔｈａｙｉｔｎｓｈｅｈｎｅｃｍｂｓａａｏｅｅｆｅｅｒｓｌｓｓｏｔａｏｒｄｗｉｈｔｅｌｂｒｎｈｏｅ，ｔｏｙｏｅｌｃｎｍｒｆｅ —
平衡块后两种密封振动幅值的变化．结果表明，窝密封比普通的迷宫密封更能够抑制由于偏心和蜂不平衡引起的振动．最小密封间隙的上下游安置吸水装置，比其振动情况，游吸水可有效地在对上
降低转子振动．
关键词：混流式水轮机；止漏环；窝密封；振；水蜂减吸