Published January 26, 2024
| Version v1
Publication
Open
Analysis of Brush Seal Interaction with Steam Turbine Rotor-Shafts
Creators
- 1. Nnamdi Azikiwe University
- 2. Tshwane University of Technology
Description
High-speed turbines are a major source for power production. They utilize high pressure and temperature fluid flow. Sealing of these machines to decrease the flow losses has been a major engineering challenge since the inception of steam turbines. From an engineering viewpoint, seals are used to introduce friction in the fluid flow path. This reduces the flow leakage. Improved seal performance offers substantial opportunities for turbine performance. Reduced leakages in steam turbines can lead to greater efficiency and power output. They can also allow tighter control of turbine secondary flows. However, sealing these machines is a major challenge. There are several seal locations on a steam turbine that have significant performance derivatives. These include the interstage shaft packing, the end packing, and the bucket tip seals. Brush seals are ideal for these locations because they can reduce the flow losses. This study analysed the efficiency of the steam turbine by using ANSYS APDL. It assessed the leakage performance of the brush seal for different cases and geometries. It also used porous medium modelling of the bristle pack to provide insight for designers. The outputs of interest were the rotor-shaft temperature and the efficiency of the entire turbine with the brush seal.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
التوربينات عالية السرعة هي مصدر رئيسي لإنتاج الطاقة. وهي تستخدم تدفق السوائل عالي الضغط ودرجة الحرارة. كان إغلاق هذه الآلات لتقليل خسائر التدفق تحديًا هندسيًا كبيرًا منذ إنشاء التوربينات البخارية. من وجهة نظر هندسية، يتم استخدام موانع التسرب لإدخال الاحتكاك في مسار تدفق السوائل. هذا يقلل من تسرب التدفق. يوفر أداء مانع التسرب المحسن فرصًا كبيرة لأداء التوربينات. يمكن أن يؤدي تقليل التسربات في التوربينات البخارية إلى زيادة الكفاءة وإنتاج الطاقة. يمكن أن تسمح أيضًا بالتحكم بشكل أكثر إحكامًا في التدفقات الثانوية للتوربينات. ومع ذلك، فإن إغلاق هذه الآلات يمثل تحديًا كبيرًا. هناك العديد من مواقع مانع التسرب على التوربينات البخارية التي تحتوي على مشتقات أداء كبيرة. وتشمل هذه حشوة العمود بين المراحل، والحشوة الطرفية، ومانعات التسرب الطرفية للدلو. سدادات الفرشاة مثالية لهذه المواقع لأنها يمكن أن تقلل من خسائر التدفق. حللت هذه الدراسة كفاءة التوربينات البخارية باستخدام ANSYS APDL. قام بتقييم أداء تسرب مانع التسرب للفرشاة للحالات والأشكال الهندسية المختلفة. كما استخدمت نمذجة متوسطة المسامية لحزمة الشعر الخشن لتوفير نظرة ثاقبة للمصممين. كانت المخرجات المثيرة للاهتمام هي درجة حرارة عمود الدوران وكفاءة التوربين بأكمله مع مانع تسرب الفرشاة.Translated Description (French)
Les turbines à grande vitesse sont une source majeure de production d'énergie. Ils utilisent un débit de fluide à haute pression et température. L'étanchéité de ces machines pour réduire les pertes de débit a été un défi d'ingénierie majeur depuis la création des turbines à vapeur. D'un point de vue technique, les joints sont utilisés pour introduire le frottement dans le trajet d'écoulement du fluide. Cela réduit les fuites d'écoulement. L'amélioration des performances des joints offre des opportunités substantielles pour les performances de la turbine. La réduction des fuites dans les turbines à vapeur peut conduire à une plus grande efficacité et à une plus grande puissance. Ils peuvent également permettre un contrôle plus serré des débits secondaires de la turbine. Cependant, sceller ces machines est un défi majeur. Il existe plusieurs emplacements de joints sur une turbine à vapeur qui ont des dérivés de performance importants. Il s'agit notamment de la garniture d'arbre interétage, de la garniture d'extrémité et des joints d'extrémité du godet. Les joints à brosse sont idéaux pour ces endroits car ils peuvent réduire les pertes de débit. Cette étude a analysé l'efficacité de la turbine à vapeur en utilisant ANSYS APDL. Il a évalué les performances de fuite du joint à brosse pour différents cas et géométries. Il a également utilisé la modélisation du milieu poreux du pack de poils pour donner un aperçu aux concepteurs. Les sorties d'intérêt étaient la température de l'arbre du rotor et l'efficacité de l'ensemble de la turbine avec le joint à brosse.Translated Description (Spanish)
Las turbinas de alta velocidad son una fuente importante para la producción de energía. Utilizan un flujo de fluido de alta presión y temperatura. El sellado de estas máquinas para disminuir las pérdidas de flujo ha sido un gran desafío de ingeniería desde el inicio de las turbinas de vapor. Desde el punto de vista de la ingeniería, los sellos se utilizan para introducir fricción en la trayectoria del flujo de fluido. Esto reduce la fuga de flujo. El rendimiento mejorado del sello ofrece oportunidades sustanciales para el rendimiento de la turbina. La reducción de las fugas en las turbinas de vapor puede conducir a una mayor eficiencia y potencia de salida. También pueden permitir un control más estricto de los flujos secundarios de la turbina. Sin embargo, el sellado de estas máquinas es un gran desafío. Hay varias ubicaciones de sellado en una turbina de vapor que tienen importantes derivados de rendimiento. Estos incluyen el empaque del eje entre etapas, el empaque del extremo y los sellos de la punta del cucharón. Los sellos de escobillas son ideales para estos lugares porque pueden reducir las pérdidas de flujo. En este estudio se ha analizado la eficiencia de la turbina de vapor mediante el uso de ANSYS APDL. Se evaluó el rendimiento de fugas del sello del cepillo para diferentes casos y geometrías. También utilizó el modelado de medio poroso del paquete de cerdas para proporcionar información a los diseñadores. Las salidas de interés fueron la temperatura del eje del rotor y la eficiencia de toda la turbina con el sello de la escobilla.Files
56.pdf
Files
(1.7 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:7aff1782c69bc5552ea9086897fff940
|
1.7 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تحليل تفاعل مانع تسرب الفرشاة مع أعمدة دوران التوربينات البخارية
- Translated title (French)
- Analyse de l'interaction du joint à brosse avec les arbres de rotor de turbine à vapeur
- Translated title (Spanish)
- Análisis de la interacción del sello de la escobilla con los ejes del rotor de la turbina de vapor
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4391263074
- DOI
- 10.54327/set2024/v4.i1.108