摘要
汽轮机叶顶间隙泄漏直接影响汽轮机的安全经济运行。叶顶密封间隙泄漏流与主流相互掺混形成泄漏涡，对本级动叶尾迹损失以及下一级静叶的气动性能都造成影响，而且叶顶间隙泄漏流也会诱发汽流激振。因此，对汽轮机叶顶密封中涡系结构的变化规律及汽流激振的影响因素开展研究具有重要意义。本文对带有叶顶密封结构的汽轮机超高压缸一级半叶片模型进行数值分析，主要工作如下: 首先，分析不同密封间隙下叶顶密封泄漏流与主流相互掺混、叶顶密封泄漏涡在腔室内的形成与发展以及对叶顶密封压力脉动的影响。结果表明:密封齿处和凸台前壁角的涡量形成主要是膨胀项起作用，密封入口、出口、腔室内以及凸台后壁角上的涡量形成主要是拉伸项起作用，斜压力矩项所起的作用不大。随着密封间隙的增加，气动损失增加，并随着尾迹涡的脱落逐渐向下游形成尾迹损失区，气动损失经历强-弱-强-弱的周期性变化。叶顶密封入口和出口压力波动基本上呈现周期性变化，在叶顶密封齿间隙处和腔室内涡系的分解、溃散以及相互混合，导致压力波动明显。随着密封间隙增加，功率谱密度峰值增加。叶顶密封入口、齿间隙处、腔室内的涡动主频率为3400Hz左右，而密封出口涡动主频率为6800Hz左右，叶顶密封腔室各处频率还出现2倍频和3倍频。 其次，开展不同密封齿数工况的研究，发现密封齿处和凸台前壁角的涡量形成也是膨胀项起主要作用，但随着密封齿数的增加凸台前壁角的正向拉伸作用逐渐增强，比膨胀作用更加明显，说明凸台前壁角的涡量是拉伸和膨胀的共同作用。随着密封齿数的增加，气动损失减弱，并随着尾迹涡的脱落逐渐向下游发展。随着密封齿数的增加，叶顶泄漏量降低，叶顶密封腔室内的压力波动幅值降低。z=5的结构密封出口出现回流涡，使得密封出口压力波动剧烈变化。随着密封齿数的增加，功率谱密度的峰值降低。叶顶密封入口、出口、齿间隙、腔室内的涡动主频率大致都3400Hz左右，叶顶密封腔室各处频率还出现2倍频和3倍频。由于密封结构的改变，叶顶密封出口3倍频前还出现了一个波动的峰值。 最后，分析了不同密封压比的影响，发现随着密封压比的增加，密封齿处的负向拉伸作用和凸台前壁角的涡量膨胀作用明显逐渐增强。随着密封压比的增加，气动损失增强。压比为1.05的密封出口由于压比小，回流涡向上挤压密封出口涡，从而阻碍泄漏流，导致涡核中心向壁面迁移，使得压力监测点压力波动剧烈。随着密封压比的增加，功率谱密度的峰值增加。叶顶密封入口、出口、齿间隙处、密封腔室内的涡动主频率为3400Hz左右，随着压比的增加，密封腔室内还出现了4倍频。
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