润滑与密封

作者：袁韬，王建伟，马锐，李军

单位：中国舰船研究设计中心,,中国舰船研究设计中心,,中国舰船研究设计中心,,西安交通大学叶轮机械研究所,

关键词：超临界二氧化碳干气密封;冲击冷却;共轭传热法;热应力;封严特性

针对超临界二氧化碳（S-CO2）干气密封工作温度远高于其适用温度、密封坝区温度过高以及现有冷却方法占用大量轴系空间等问题，以20MWe S-CO2透平为研究对象，设计透平排气侧轴端干气密封，并构建一种新型密封静环侧冲击冷却结构，以解决干气密封坝区的高温集中现象。采用共轭传热数值方法，研究设计的S-CO2干气密封的泄漏特性、流动特性和温度特性，并对比分析采用冷却结构前后干气密封温度、热应力与泄漏量的变化规律。研究表明：所设计的干气密封在额定转速与变转速工况下均满足封严设计要求；各工况最大泄漏量仅占透平主流的0.01%，符合小于0.06%的泄漏要求，各转速工况下综合性能良好；所设计的静环侧冲击冷却结构对干气密封气膜和动环的冷却效果显著，有效降低坝区温度约14.6%，降低槽区温度约7.4%，同时有效减小动环的最大热应力与环面热应力梯度；所设计冷却结构对密封泄漏量与开启力影响较小，能够满足密封的温度性能设计要求。研究结果为S-CO2透平轴端干气密封的设计与冷却结构的优化提供了参考。

来源：2025年第5期

《润滑与密封》期刊编辑部

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