正在环球向绿色低碳加快迈进的征程中,一项聚焦迷宫密封技巧优化的革新探索项目,正为工业设置的高效运转与节能减排供应症结助力。

　　煤电行业行动碳排放的 “大户”,其低碳起色对完成 “双碳” 宗旨至合紧急。截至 2024 年 6 月,我邦煤电装机容量达 11.7 亿千瓦,占总发电装机容量的 38.1%,发电量占比高达 61.9%,可睹其正在能源周围的紧急身分。而汽轮机行动燃煤发电的症结原动机,密封装备又行动汽轮机焦点部件,其技巧晋升迫正在眉睫。进一步地,正在包含燃气轮机、各种压缩机和膨胀机正在内的透平呆滞轴端密封、级间密封技巧系统中,密封技巧更是直接合乎全体机组运转的经济性和牢靠性。

　　以汽轮机为例,下图所示为类型的汽轮机布局图。汽轮机轴端、隔板和通流部件的蒸汽吐露,会形成约 30% 的内部吃亏,个中转子两头的轴端汽封吐露为外吐露,其吐露掌管尤为紧急:高中压轴端汽封蒸汽吐露会形成高品德蒸汽吃亏、办事处境恶化和轴承油质劣化,低压轴端汽封的氛围窜入则会捣乱机组真空,进而增大抽气负荷、低落机组效果。汽轮机汽封径向间隙内的不均衡蒸汽效力力会出现明显激振力,进而激励汽流激振题目,并慢慢成为影响机组运转安详和限定功率晋升的症结限制要素。古板的接触式密封虽普及利用,但存正在诸众题目,如能源应用效果和转化率低,密封面易磨损,安排缔制杂乱,安设和保护本钱高,正在高温高压等异常前提下本能受限。其安设经过繁琐,涉及众道工序和无误操作,稍有失慎就会影响密封结果或损坏密封件。比拟之下,迷宫密封技巧行动非接触式密封计划,依靠杂乱的途径安排有用掌管蒸汽吐露,具有适宜才华强、运转牢靠、磨损小等便宜,慢慢成为高参数超临界汽轮机组的主流挑选。然而,对迷宫密封而言,低吐露与易拆装两者存正在布局冲突性,目前古板布局很难二者兼得。所以,发展同时餍足低吐露且易拆装特点的迷宫密封系列探索具有紧急的外面价钱和实质事理。

　　本文通过鉴戒自然界中堤坝两侧为轻易鱼类洄逛而安排的高流阻生态鱼道,革新地安排了一种仿鱼道双面交织迷宫密封新布局。通过商用软件数值模仿比拟剖释了分歧齿形倾斜角下弧边和直边仿鱼道迷宫密封的吐露特点,通过密封齿腔和间隙内速率场散布、湍动能耗散率和粘度散布剖释以揭示分歧布局密封阻流控漏机理,探索了密封间隙、齿腔纵横比、进口系数和齿厚等症结几何参数对弧边仿鱼道迷宫密封吐露特点和流场散布的影响顺序,并辅以分歧齿形倾斜角下弧边仿鱼道槽迷宫密封吐露特点测试以与模仿结果比拟验证。旨正在鞭策我邦高端能源配备缔制周围的自助革新经过,为告终“双碳宗旨”进献坚实的技巧撑持力气,确保能源应用高效化、碳排放低落化,踊跃助力我邦能源家当的绿色可不断起色转型。

　　从生态鱼道获取灵感。生态鱼道的高流阻特点,与迷宫密封掌管蒸汽吐露需求契合。自然界中高筑的堤坝反对了鱼类洄逛的水道,而堤坝两侧的生态鱼道为洄逛鱼类供应了逆流而上的通道。看待生态鱼道而言,高水位的水流正在重力效力下顺着鱼道向卑鄙动,而较大的水流速率会对鱼类逆流逛动形成很大的阻力,怎么通过增大鱼道内水流顺流阻力以完成较低的流速至合紧急。下图中所示为一种类型的高流阻迷宫形生态鱼道,其由众个串联安插且具有高度差的圆缺形流道单位构成,相邻圆缺形流道呈交织状陈列而变成迷宫流道,两者之间通过较窄的裂缝流道相连通,一方面可应用水流正在圆缺形流道内出现漩涡而加强活动阻力,另一方面通过较窄的连通流道减小流利面积,进而到达减小流速的结果。基于此,提出仿鱼道双面交织迷宫密封新布局。一种类型的仿鱼道迷宫密封主体布局为由开设弧形迷宫齿的转子和静子所构成的密封副,且密封副外面迷宫齿沿轴向交织陈列,弧形齿迎风面与配对密封副上弧形齿背风面之间变成了近似于生态鱼道的圆缺形鱼道单位的弧边密封腔,用于供气体正在齿腔内变成漩涡而耗散能量;弧形齿顶与配对密封副外面之间具有渺小的密封间隙,用于出现部分流阻和减小流利通道,其形似连通相邻鱼道单位的裂缝流道。

　　正在探索经过中,对密封布局内压力场、速率场及热力学效应睁开深度剖释。通过数值模仿与测验衡量相连系,揭示压力、流速转移顺序,以及能量转化和耗散机制,为密封布局优化供应众方面外面凭据。

　　这里整体以流速剖释为例,当倾斜角β≤90°时,齿顶间隙处可睹彰着的流束紧缩形象和齿顶漩涡区,导致主流实质流利面积减小,如β=25°和90°的弧边仿鱼道密封齿顶漩涡最为彰着,领域最大,导致间隙主流利道宽度最窄,分裂为0.46h和0.69h。但是弧边和直边仿鱼道迷宫密封齿顶漩涡区的尺寸和强度随齿形倾斜角的增大而敏捷减小,而当β=135°时则无彰着的齿顶漩涡区,间隙主流利道宽度最宽,为0.95h。所以,从图14的齿顶间隙气体流速来看,沿着吐露目标的齿顶气流均匀流速慢慢升高,且β=25°的弧边仿鱼道密封齿顶流速明显更低,而β=90°的直边仿鱼道密封齿顶流速最大。

　　经由不懈探寻,项目得到了丰富的革新功效。正在布局安排上,仿鱼道齿形安排使蒸汽活动途径杂乱,有用低落吐露率;交织倾斜齿布局进一步加强能量耗散,晋升编制稳固性。针对古板迷宫密封拆装困难,开辟集装式双面交织安装布局,简化安设流程,缩短维修时候。另外,柔性自适宜布局可按照工况自愿安排密封本能。正在测试技巧方面,平板零速试验和柱面带速试验为密封优化供应了精准数据。

　　这些革新功效利用价钱明显。以 600MW 亚临界机组汽轮机为例,采用该技巧后,每年可裁汰约 6.265 万吨二氧化碳排放,节流煤炭资源 2.5 万吨,创造经济效益达 2063.25 万元。该技巧来日希望正在石油化工、核电、航空航天等行业普及利用,鞭策工业设置绿色升级。

　　这一革新探索依靠精巧的安排思绪、坚固的探索形式和明显的利用功效,为工业绿色起色注入了新生机,希望引颈迷宫密封技巧开启新的篇章,助力工业正在节能减排的道道上大步前行。（作家:浙江工业大学 俞振涛）

　　2025年1月10日至11日，2024品牌强邦经济论坛暨（第七届）革新功效推