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间隙阻尼结构对轮缘密封封严效率和气动性能影响的数值研究

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西安交通大学学报 2025年

作者：雷隆屈杰高庆李志刚李军西安热工研究院有限公司西安西热节能技术有限公司西安交通大学叶轮机械研究所高效灵活煤电及碳捕集利用封存全国重点实验室

为提高燃气轮机透平轮缘密封封严效率，以某型燃气透平第一级动静叶栅和动叶前盘腔轮缘密封为研究对象，设计了4种间隙阻尼轮缘密封结构，建立了单级透平静转盘腔间隙阻尼轮缘密封数值分析模型，在5种封严冷气量工况下对比了原始结构和... 详细信息

为提高燃气轮机透平轮缘密封封严效率，以某型燃气透平第一级动静叶栅和动叶前盘腔轮缘密封为研究对象，设计了4种间隙阻尼轮缘密封结构，建立了单级透平静转盘腔间隙阻尼轮缘密封数值分析模型，在5种封严冷气量工况下对比了原始结构和4种间隙阻尼结构的封严效率、非定常流动特征和盘腔下游动叶通道出口的总压损失系数。结果表明：在5种工况下，4种间隙阻尼结构的封严效率均要优于原始结构，间隙内动盘凸肩结构具有最好的封严效率，其次为静盘凸肩动盘凹槽结构；与原始结构相比，5种工况下动盘凸肩结构在外腔静盘面测点处封严效率分别提高了47.1%、51.6%、32.4%、25.4%和26.2%，外腔动盘面面平均封严效率分别提高了12.6%、7.3%、3.2%、0.9%和0.1%；从流动机理角度分析，凸肩结构缩短了轮缘间隙长度，限制了燃气入侵通流面积，同时凸肩结构内的微小通道内形成了许多涡系，增大了燃气向内入侵的流动阻力，进而使封严效率大幅提高；在5种工况下，动盘凸肩结构在动叶栅出口端部的总压损失系数与原始结构相比分别增大了2.2%、1.6%、1.6%、2.5%和3.0%，相较于该结构大幅提高盘腔封严效率的表现而言，增加的气动损失相对较小，可认为间隙动盘凸肩结构在优化轮缘封严性能方面的总体效益显著大于其带来的气动损失。

关键词：燃气透平轮缘密封阻尼结构封严性能总压损失

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插芯结构对旋流冷却流动换热特性的影响

西安交通大学学报 2025年第1期59卷 105-115页

作者：何伟肖俊峰高松李园园于飞龙伍赫西安热工研究院有限公司西安710054

针对用于透平叶片前缘的旋流冷却结构,为了改善其冷气发展空间、提高综合冷却性能,提出了一种布置在冷却腔内的插芯结构。基于简化旋流冷却结构,采用数值模拟方法研究了插芯结构对旋流冷却靶面换热系数、综合冷却性能、流量分配、流动... 详细信息

针对用于透平叶片前缘的旋流冷却结构,为了改善其冷气发展空间、提高综合冷却性能,提出了一种布置在冷却腔内的插芯结构。基于简化旋流冷却结构,采用数值模拟方法研究了插芯结构对旋流冷却靶面换热系数、综合冷却性能、流量分配、流动结构等的改善效果和作用机理。结果表明:增设插芯结构后,在射流雷诺数5 000~20 000范围内,旋流冷却结构的靶面面积平均努塞尔数增加了5.9%~8.3%,综合冷效因子增加了5.2%~6.6%,吸力侧努塞尔数提高了14.8%~16.6%,相邻喷嘴间流量的最大差从18%削减到5%。插芯结构削减了上游射流在旋流腔轴心处的发展空间,抑制了旋流回流和旋流涡核的形成,降低了上游冷气对新鲜射流的干扰,强化了旋流对壁面边界层的削弱效果,从而有效增加了旋流结构的一致性并提高了靶面换热系数的强度和均匀性。

关键词：旋流冷却透平叶片内部冷却努塞尔数射流雷诺数

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带挡板结构的平面叶栅凹槽叶顶气膜冷却特性

西安交通大学学报 2025年

作者：刘昱栋刘钊陶永石龑丰镇平西安交通大学能源与动力工程学院中国联合重型燃气轮机技术有限公司

为提高燃气透平动叶叶顶的气膜冷却有效度，并且降低叶栅气动损失，在平面叶栅试验台上，采用压力敏感漆测量技术（PSP），并结合数值模拟对带挡板结构凹槽叶顶的冷却性能及叶栅气动特性进行了试验研究。分析了不同吹风比（分别为0.4、... 详细信息

为提高燃气透平动叶叶顶的气膜冷却有效度，并且降低叶栅气动损失，在平面叶栅试验台上，采用压力敏感漆测量技术（PSP），并结合数值模拟对带挡板结构凹槽叶顶的冷却性能及叶栅气动特性进行了试验研究。分析了不同吹风比（分别为0.4、1.2、2.0）和不同挡板结构（挡板宽度、挡板角度和挡板高度）对叶顶气膜冷却的影响；湍流模型验证后，采用精度最高的SST k-ω湍流模型对叶顶气动特性进行了仿真分析。结果表明：在凹槽叶顶吸力面侧布置挡板能显著增大叶顶的气膜冷却有效度，并且随着吹风比的增大冷却有效度也有所提升。增大挡板的宽度会使得挡板下气膜孔两侧出现漩涡，能够有效提升叶顶的冷却有效度；挡板角度会影响冷气冲击挡板下底面后的流向，当挡板角度为锐角时，挡板底部压力面侧会形成漩涡，使得冷气流向凹槽底部，从而提高叶顶的冷却有效度，而当挡板角度增大到钝角后，挡板上顶面与吸力面的夹角会出现漩涡，挡板对冷气的阻挡作用减弱，冷却有效度下降；挡板的高度对叶顶冷却的影响并不显著。此外挡板结构能略微降低总压损失，减小气动损失，最大下降幅度为10.20%。该研究可为燃气透平改进叶顶结构、提高气膜冷却和气动性能提供一定的参考。

关键词：吹风比挡板气膜冷却气动特性凹槽叶顶

燃气涡轮转静盘腔轮缘密封非定常流动特性和封严效率研究

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推进技术 2025年

作者：郭粲白波雷隆李志刚李军西安交通大学叶轮机械研究所

燃气涡轮动叶和静叶间转静盘腔轮缘密封性能直接影响燃气入侵和冷气出流，进而影响涡轮的气热性能。论文采用基于多组分示踪变量方法的三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)和SST k-ω湍流模型研究了1.5级燃气涡轮动叶和静叶间转... 详细信息

燃气涡轮动叶和静叶间转静盘腔轮缘密封性能直接影响燃气入侵和冷气出流，进而影响涡轮的气热性能。论文采用基于多组分示踪变量方法的三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)和SST k-ω湍流模型研究了1.5级燃气涡轮动叶和静叶间转静盘腔径向轮缘密封的非定常流动特性，分析了4种封严冷气量下的轮缘密封非定常燃气入侵和冷气出流特性，对比了径向轮缘密封的封严效率。研究表明：4种封严冷气量下的1.5级燃气涡轮动叶和静叶间径向轮缘密封的外腔封严效率随着冷气量的增加而增加，内盘腔的时均封严效率大于0.9。受动盘旋转泵吸效应影响，动盘侧封严效率相对大于静盘侧。转静盘腔受密封间隙处两个较小尺度和外腔中两个较大尺度Kelvin–Helmholtz不稳定旋涡影响，导致轮缘密封间隙内流场非定常特性明显，不同周向位置出现不同的燃气入侵和冷气出流现象。转静盘腔内旋涡强度和涡核位置随时间和冷气流量的变化而发生改变，引起轮缘密封间隙处燃气入侵和冷气出流状态的相互转换。封严冷气出流与端壁二次流掺混导致对下游静叶的影响主要集中在前缘位置。

关键词：燃气涡轮轮缘密封非定常流动封严效率数值模拟

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直接空冷凝汽器加药防腐实验研究

热力发电 2025年

作者：王园园胡振华李俊菀姬定西李健博刘焕西安益通热工技术服务有限责任公司西安热工研究院有限公司

为了解决直接空冷凝汽器腐蚀问题，通过自主研发的动态腐蚀模拟实验装置模拟初凝液实际运行工况，选取汽液分配系数低的碱化剂和氧化剂对碳钢进行流动加速腐蚀实验研究。结果表明：碱化剂和氧化剂均能有效抑制直接空冷凝汽器流动加速腐... 详细信息

为了解决直接空冷凝汽器腐蚀问题，通过自主研发的动态腐蚀模拟实验装置模拟初凝液实际运行工况，选取汽液分配系数低的碱化剂和氧化剂对碳钢进行流动加速腐蚀实验研究。结果表明：碱化剂和氧化剂均能有效抑制直接空冷凝汽器流动加速腐蚀；水流方向的急剧改变对流动加速腐蚀速率影响较小；同等条件下，碳钢在氧化剂环境中的流动加速腐蚀速率远低于碱化剂环境中的流动加速腐蚀速率；向直接空冷凝汽器中加入氧化剂进行防腐时，单台机组每年可节约生产成本52.37万元。

关键词：直接空冷凝汽器碱化剂氧化剂初凝液流动加速腐蚀

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汽轮机高压主汽门关闭过程的动力学模型

动力工程 2005年第4期25卷 469-472页

作者：王孝英顾德明上海汽轮机有限公司上海200240

汽轮机高压主汽门传动机构主要由1个阀杆、3个连杆和1个活塞杆组成。分析得出系统完整约束方程组,用凯恩方法导出传动机构动力学方程,并求出代数-微分方程组的数值解。当连杆转动角均为微量时采用拉格朗日方程得到传动机构近似模型。近... 详细信息

汽轮机高压主汽门传动机构主要由1个阀杆、3个连杆和1个活塞杆组成。分析得出系统完整约束方程组,用凯恩方法导出传动机构动力学方程,并求出代数-微分方程组的数值解。当连杆转动角均为微量时采用拉格朗日方程得到传动机构近似模型。近似模型是一个单自由度系统,其运动学方程可以解耦,动力学方程可用龙格-库塔法求解。结果表明:近似模型能比较准确地描述阀杆和活塞杆的平动和1个连杆的转动,但不能反映另外2个连杆的摆动。尽管如此,近似模型仍可用来计算关阀时间和阀杆速度。

关键词：动力机械工程汽轮机阀门动力学 Kane方程模型

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煤矿湿式混凝土喷浆系统的研发与应用

煤矿机械 2025年第1期46卷 158-160页

作者：梁旭席义苗王小勇曹红旭司建锋张慧峰王照明陕西小保当矿业有限公司陕西榆林719000 渭南陕煤启辰科技有限公司西安710000

针对煤矿井下巷道混凝土干喷作业存在的作业环境粉尘大、工人劳动强度高、固化强度低、喷射回弹率高等问题,研发了一种新型湿式混凝土喷浆系统。该系统由铲料搅拌机、输送泵、喷浆机器人等主要设备组成。完成了样机制造,并进行了应用试... 详细信息

针对煤矿井下巷道混凝土干喷作业存在的作业环境粉尘大、工人劳动强度高、固化强度低、喷射回弹率高等问题,研发了一种新型湿式混凝土喷浆系统。该系统由铲料搅拌机、输送泵、喷浆机器人等主要设备组成。完成了样机制造,并进行了应用试验,试验结果达到了预期目标。

关键词：混凝土喷浆干喷铲料搅拌机输送泵喷浆机器人

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汽轮机调节汽阀关闭过程动力学模型研究

机械强度 2006年第6期28卷 809-812页

作者：王孝英上海汽轮机有限公司上海200240

国产300MW汽轮机调节汽阀连杆机构主要由一个门杆、三个连杆和一个活塞杆组成。用凯恩方法建立连杆机构动力学模型,当连杆转动角均为微量时采用拉格朗日方程得到连杆机构近似模型。研究表明,近似模型能比较准确地描述门杆与活塞杆的平... 详细信息

国产300MW汽轮机调节汽阀连杆机构主要由一个门杆、三个连杆和一个活塞杆组成。用凯恩方法建立连杆机构动力学模型,当连杆转动角均为微量时采用拉格朗日方程得到连杆机构近似模型。研究表明,近似模型能比较准确地描述门杆与活塞杆的平动和一个连杆的转动,但不能反映另外二个连杆的摆动变化。尽管如此,近似模型对连杆机构工程设计仍然有一定的参考价值。

关键词：汽轮机阀门动力学 Kane方程模型

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靶机用红外指示器的性能提升研究

火工品 2025年第1期 13-17页

作者：李积珍冯帅贾博李钊杨军李晓平高艳侠西安北方庆华机电有限公司陕西西安710025

针对传统靶机用红外指示器在辐射强度、稳定性和持续时间方面存在的不足,对指示器的药剂配方、装药结构和装药密度进行了优化,设计了一种新型红外指示器。通过环境试验和发火试验,验证了新型红外指示器在经受振动、发射冲击和温度冲击... 详细信息

针对传统靶机用红外指示器在辐射强度、稳定性和持续时间方面存在的不足,对指示器的药剂配方、装药结构和装药密度进行了优化,设计了一种新型红外指示器。通过环境试验和发火试验,验证了新型红外指示器在经受振动、发射冲击和温度冲击后的可靠性,并测试了其红外辐射性能。结果表明:新型红外指示器在中波段(3.6~4.9μm)的辐射强度达到1200 W/sr,稳定辐射时间达到120 s,离散度控制在90 W/sr以内,且无团聚物现象,有效模拟了轻型战斗机的红外辐射特征。本研究的优化设计显著提升了靶机用红外指示器的性能,为提高空军部队实弹打靶训练的模拟真实性和安全性提供了技术支持。

关键词：靶机红外指示器红外辐射离散度