Подходы к моделированию щёточных уплотнений турбомашин

Двигатели и энергетические установки летательных аппаратов


Авторы

Пугачев А. О. *, Равикович Ю. А. **

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), Волоколамское шоссе, 4, Москва, A-80, ГСП-3, 125993, Россия

*e-mail: pugachev@tum.de
**e-mail: yurav@mai.ru

Аннотация

Анализируются подходы к моделированию щёточных уплотнений, которые применяются в современных турбомашинах. В базовой модели для расчёта картины течения в каналах уплотнения щёточный пакет представляется как пористая среда. Также рассмотрены подходы к расчёту течения между отдельными волокнами щёточного пакета и их деформаций.

Ключевые слова

щёточное уплотнение, моделирование, вычислительная гидродинамика, пористая среда, расход, динамические характеристики

Библиографический список

  1. Aniterative CFD and mechanical brush seal model and comparison with experimental results/ L.H. Chen [etal.] // Proceedings ofthe International Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exhibition.1998. Paper 98-GT-372.
  2. Analytical investigations onthe contact force between bristle packs and shaft surface ofbrush seals/ J. Li[etal.] // Proceedings ofASME Turbo Expo.2012. PaperGT2012-69305.
  3. Bayley F.J., Long C.A. Acombined experimental and theoretical study offlow and pressure distributions inabrush seal // ASME J. Eng. Gas Turbines Power.1993. Vol.115. Pp. 404-410.
  4. Braun M.J., Kudriavtsev V.V. ANumerical simulation ofabrush seal section and some experimental results/ / ASME J. Turbomachinery.1995. Vol.117. Pp. 190- 202.
  5. Brush seal hysteresis/ P. Crudgington [etal.] // Proceedings ofthe 48th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference &Exhibit.2012. Paper AIAA2012-4003.
  6. Brush seal porosity modeling Applicability and limitations/ M. Neef [etal.] // Proceedings ofthe 7th European Conference onTurbomachinery.2007.
  7. Chew J.W., Hogg S.I. Porosity modeling ofbrush seals // ASME Journal ofTribology.1997. Vol.119. Pp. 769- 775.
  8. Chew J.W., Lapworth B.L., Millener P.J. Mathematical modeling ofbrush seals // Int. J.Heat and Fluid Flow.1995. Vol.16. Pp. 493-500.
  9. Chew J.W., Guardino C. Simulation offlow and heat transfer inthe tip region ofabrush seal // International Journal ofHeat and Fluid Flow.2004. Vol.25. Pp. 649- 658.
  10. DemirogluM., GursoyM., Tichy J.A. Aninvestigation oftip force characteristics ofbrush seals // Proceedings ofASME Turbo Expo.2007. Paper GT2007-28042.
  11. DoguJ., Aksit M.F. Brush seal temperature distribution analysis // ASME J. Eng. Gas Turbines Power.2006. Vol.128. Pp. 599-609.
  12. Dogu Y. Investigation ofbrush seal flow characteristics using bulk porous medium approach // ASME J. Eng. Gas Turbines Power.2005. Vol.127. Pp. 136-144.
  13. Effects ofclearances onthe leakage flow characteristics oftwo kinds ofbrush seals and referenced labyrinth seal/ J. Li[etal.] // Proceedings ofASME Turbo Expo.2010. Paper GT2010-22877.
  14. Ergun S. Fluid flow through packed columns // Chem. Eng. Prog.1952. Vol.48. Pp. 89-94.
  15. Evaluation offlow behavior for clearance brush seals/ Y. Dogu [etal.] // ASME J. Eng. Gas Turbines Power.2008. Vol.130. Pp. 012507-9.
  16. Experimental and numerical investigations onthe leakage flow characteristics ofthe labyrinth brush seal/ J. Li[etal.] // Proceedings ofASME Turbo Expo.2012. Paper GT2012-69293.
  17. Flitney R. Seals and Sealing Handbook. 5th ed. Elsevier, 2007.
  18. GuardinoC., Chew J.W. Numerical simulation ofthree- dimensional bristle bending inbrush seals // ASME J. Eng. Gas Turbines Power.2005. Vol.127. Pp. 583-591.
  19. HelmP., Pugachev A.O., Neef M. Breaking the swirl with brush seals numerical modeling and experimental evidence // Proceedings ofASME Turbo Expo.2008. Paper GT2008-50257.
  20. Kudriavtsev V.V., Braun M.J. Model developments for the brush seal numerical simulation // Journal ofpropulsion and power.1996. Vol.12. Pp. 193-201.
  21. LelliD., Chew J.W., Cooper P. Combined three- dimensional fluid dynamics and mechanical modeling ofbrush seals // ASME J. Turbomachinery.2006. Vol.128. Pp. 188-195.
  22. LiJ., ObiS., Feng Z. The effects ofclearance sizes onlabyrinth brush seal leakage performance using aReynolds-Averaged Navier-Stokes solver and non- Darcian porous medium model // Proceedings ofthe IMechE, Part A: Journal ofPower and Energy.2009. Vol. 223(8). Pp. 953-964.
  23. Numerical investigation ofleakage and power loss for different seal types inturbine stage environment/ R. Yang [etal.] // Proceedings ofASME Turbo Expo.2010. Paper GT2010-22743.
  24. Pekris M.J., FranceschiniG., Gillespie D.R.H. Effect ofgeometric changes inanidealised contacting brush seal bristle pack ontypical key performance measures // Proceedings ofASME Turbo Expo.2011. Paper GT2011-46492.
  25. Prostler S. Modellierung und numerische Berechnung von Wellenabdichtungen inBurstenbauart. Doctoral thesis. Germany: Ruhr-Universitat Bochum, 2005.
  26. Pugachev A.O., Deckner M. CFD prediction and test results ofstiffness and damping coefficients for brush- labyrinth gas seals // Proceedings ofASME Turbo Expo.2010. Paper 2010-22667.
  27. Pugachev A.O., Deckner M. Experimental and theoretical rotordynamic stiffness coefficients for athree-stage brush seal // Mechanical Systems and Signal Processing.2012. Vol.31. Pp. 143-154.
  28. Pugachev A.O., Helm P. Calibration ofporous medium models for brush seals // Proc. IMechE, Part A: Journal ofPower and Energy.2009. Vol.223 (A1). Pp. 83-91.
  29. Pugachev A.O. Predicted performance ofbrush seals: porous medium versus resolved bristle matrix and comparison with experimental data // Proceedings ofthe 10th European Conference onTurbomachinery.2013. Pp. 160-170.
  30. Some preliminary results ofbrush seal/rotor interference effects onleakage atzero and low rpm using atapered rotor/ R.C. Hendricks [etal.] // Proceedings ofthe 27th AIAA/SAE/ASME/ASEE Joint Propulsion Conference.1991.
  31. Stango R.J., ZhaoH., Shia C.Y. Analysis ofcontact mechanics for rotor bristle interference ofbrush seal/ / ASME J. Tribology.2003. Vol.125. Pp. 414-421.
  32. Turner M.T., Chew J.W., Long C.A. Experimental investigation and mathematical modeling ofclearance brush seals // ASME J. Eng. Gas Turbines Power.1998. Vol.120. Pp. 573-579.
  33. ZhaoH., Stango R.J. Analytical approach for investigating bristle/backplate hysteresis phenomenon inbrush seals // Journal ofPropulsion and Power.2007. Vol.23 (2). Pp. 273-282.
  34. Кудрявцев В.В. Численные исследования нестацио- нарных течений вэлементах щеточных уплотнений турбомашинных агрегатов воздушно-космических систем. Дисс. ... канд. техн. наук. Москва, 1993.
  35. Пугачев А.О., Равикович Ю.А. Применение щёточ- ных уплотнений вконструкциях современных тур- бомашин // Вестник МАИ. 2013. №3.
  36. Филимонова Л.Л. Модель работы щеточного уплот- нения ГТД // Вестник двигателестроения.2011. №1. С. 50-57

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2020